close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Gavlievskiy arhitektura i trebovaniya k sistemnomu analizu multiservisnoy seti pao rostelekom uchebnoe posobie 2018

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра мультисервисных сетей и информационной безопасности
С.Л. Гавлиевский
АРХИТЕКТУРА И ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМНОМУ
АНАЛИЗУ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ ПАО
«РОСТЕЛЕКОМ»
Учебное пособие
Самара
2018
УДК 621.324
Г
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол
№64, от 21.05.2018 г.
Рецензент:
заведующий кафедрой вычислительной техники ФГБОУ ВО «СамГТУ»,
д.т.н., проф. Орлов С.П.
Гавлиевский, С. Л.
Г
Архитектура и требования к системному анализу мультисервисной
сети ПАО «Ростелеком»: учебное пособие / С. Л. Гавлиевский. –
Самара: ПГУТИ, 2018. – 152 с.
В учебном пособии рассмотрена архитектура, услуги, принципы построения,
сетевые решения, используемые при строительстве и реконструкции
мультисервисных сетей ПАО «Ростелеком». Использованы материалы,
подготовленные специалистами Корпоративного Центра. Учебное пособие
предназначено для студентов, проходящих обучение на базовых кафедрах по
направлению
«Инновационные
технологии
телекоммуникаций»,
учрежденных ПАО «Ростелеком», для переподготовки специалистов,
отвечающих за развитие и эксплуатацию мультисервисных сетей в
региональных филиалах. Пособие будет полезно также всем тем, кто
занимается развитием, проектированием и эксплуатацией мультисервисных
сетей, а также научным сотрудникам и аспирантам, ищущим достойный
объект для моделирования и системного анализа.
©, Гавлиевский С.Л., 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
Исторически, сети региональных филиалов (РФ) и
макрорегиональных филиалов (МРФ) развивались регионами
самостоятельно, что (на 2015 год) привело к следующим
недостаткам текущей архитектуры сети:

Низкой
степени
унификации
применяемого
оборудования;

Низкой степени унификации услуг;

Наличию параллельных сетей;

Наличию сетей, построенных по разным сервисным
моделям;

Наличию лишних транзитных узлов/сегментов;

Наличию отдельных систем мониторинга внутри РФ и
МРФ;

Наличию сложных схем пиринга;

Значительному усложнению поиска и решения сетевых
проблем.
В настоящее время ведутся работы по устранению этих
недостатков. Целями модернизации сети являются повышение
операционной эффективности и качества оказываемых услуг.
Повышение операционной эффективности планируется за счет:
 Оптимизации сети, ликвидации избыточных транзитных узлов
и каналов, интеграции параллельных сетей;
 Унификации технических решений
стоимости расширения и поддержки;
в
целях
снижения
 Создания необходимой гибкости для расширения в будущем;
 Централизации технологических процессов.
Повышение качества оказываемых услуг планируется за счет:
 Унификации услуг;
3
 Снижения задержки при передаче трафика в основных
направлениях;
 Упрощения в развертывании дополнительных услуг (защита
от атак, приводящих к отказу в обслуживании, кеширование,
сетевая трансляция адресов и другие).
В первой главе приведены основные тренды развития
телекоммуникаций в России, рассмотрены комплексные услуги и
сервисы, тенденции развития мультисервисных сетей; приведены
цели и задачи Минкомсвязи, направленные на повышение качества
жизни в России (2012-2018г.); рассмотрены общие требования к
системам телекоммуникаций; укрупненно рассмотрены цели и
стратегия Ростелекома в условиях развития информационного
общества.
Во второй главе рассматривается эволюция архитектуры
мультисервисной сети широкополосного доступа; приводятся
факторы, мотивирующие операторов на реконструкцию сетей;
отмечается роль Broadband Forum в этом процессе; рассматривается
эволюция архитектуры сети доступа; делаются ссылки на
важнейшие документы Broadband Forum, определяющие развитие
сетей доступа.
В третьей главе подробно рассмотрена архитектура
мультисервисной сети широкополосного доступа (ШПД) на базе
рекомендаций Broadband Forum и взаимодействие ее компонентов.
В качестве примеров использованы предложения Cisco Systems и
Juniper Networks. Даны важнейшие понятия и определения такие
как, точка предоставления услуг, сервисная граница. Рассмотрено
использование механизмов виртуальных частных сетей Virtual Local Area Network (VLAN) для организации сервисов,
протоколы доступа к услугам сети и вопросы аутентификация
абонентов.
4
В четвертой главе рассмотрены принципы конвергенции
фиксированной и мобильной связи и сопутствующие вопросы.
В пятой главе рассмотрена общая
архитектура СПД и
особенности построения магистрального сегмента.
В шестой главе рассмотрены
региональных сегментов СПД.
вопросы
построения
В
седьмой
главе
проиллюстрировано
использование
моделирования и системного анализа для расчета характеристик
региональной сети передачи данных (РСПД) и принятия решений о
достаточности ресурсов сети для пропуска заданных объемов
трафика; изучение влияния отказов каналов на характеристики;
исследование влияния на характеристики сети использования
системы спектрального уплотнения; исследования влияния отказов
оптических каналов и перехода на резервные каналы с меньшей
пропускной способностью.
5
УСЛУГИ
И
СЕРВИСЫ
СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
1.1
Влияние степени развития телекоммуникационных
сетей на уровень развития экономики страны
1994 год считается годом рождения Российского сегмента
Интернет. Ежегодно увеличивается не только число пользователей
Интернет, но и меняется сама структура трафика. Одна из причин
этого - ориентация многих операторов на предоставление
комплексной услуги TriplePlay. (TriplePlay — маркетинговый
телекоммуникационный термин, описывающий модель, когда
пользователям по одному кабелю ШПД предоставляется
одновременно три сервиса — высокоскоростной доступ в
Интернет, кабельное телевидение и телефонная связь).
Другой важной причиной является использование Интернет и,
прежде всего, сетей ШПД для нужд экономики. Согласно
исследованию Мирового банка, 10%-ое увеличение инвестиций в
широкополосную связь повышает среднегодовые темпы прироста
валового внутреннего продукта (ВВП) на 0,6–0,7 процентных
пункта. По данным триады: Ericsson, Arthur D. Little и
Технологического университета Чалмерса, рост проникновения
ШПД на 10% приводит к увеличению ВВП страны на 1%. Более
того, каждая тысяча новых подключений формирует до 80 рабочих
мест. Это очень неплохие показатели, иллюстрирующие важность
развития сетей ШПД для экономики страны. Сети ШПД
следующего поколения предлагают намного более быстрые
средства передачи информации и услуг, стимулируя, таким
образом,
производительность
труда
и
процветание
в
государственном масштабе.
6
1.2
Основные тренды развития телекоммуникаций в России
1.2.1 Увеличение числа устройств и меняющийся профиль
коммуникаций
На рис. 1.1 приведен рост числа подключенных (миллионы
штук) к сети устройств, из которого следует [1,2]:
• Рост числа смартфонов, планшетов, носимых устройств и
датчиков;
• Значительное увеличение числа устройств и доли населения,
работающего с Интернетом.
Число подключённых устройств
млн. шт.
GAGR 2015-2025
249
27%
651
19%
120
14%
366
44
151
106
2015
Носимые устройства
387
238
2025
2020
IoT
Смартфоны и планшеты
CAGR - Compound Annual Growth Rate
среднегодовой темп роста
Рис. 1.1. Рост числа подключенных устройств
7
-
совокупный
Важнейшим фактором развития сетей станет то обстоятельство,
что увеличится не только общее количество подключённых
устройств, но и изменится профиль коммуникаций:
Замещения голосового общения текстовым и видео:
В помещении ( Indoor):
• дома, пользователи предпочитают видео общение;
• в общественных местах предпочитают замену голосового
общения текстовым, а также обмен образами, включая
анимированные фото.
На открытом воздухе
(Outdoor): наблюдается тенденция
снижения объема передаваемого голоса и общение при помощи
текстовых сообщений.
Увеличение в общем объеме доли мобильного трафика. Доля
голосового трафика сокращается с 70% в 2010 г. до 30% в 2015 г. и
до 10% в 2025 г.
Повышение средней скорости доступа (рис. 1.2):
• Скорость фиксированного доступа возрастает в 4 раза с 28
Мбит/с в 2015г. до 110 Мбит/с в 2025 г.;
• Скорость мобильного доступа увеличивается в 38 раз с 2
Мбит/с в 2015г. до 75 Мбит/с в 2025 г.
8
Ср. скорость передачи данных (Мбит/с)
110
44%
75
15%
55
28
20
2
2015
2020
Фиксированный
2025
Мобильный
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, оценка Ростелеком
Рис. 1.2. Повышение средней скорости фиксированной и
мобильной передачи трафика
1.3
Становление Цифрового домохозяйства
Обратим внимание на профиль контента и профиль работы
пользователя вне офиса.
Для профиля контента можно отметить следующие
особенности:
 По мере повышения автоматизации рабочих процессов
увеличивается свободное время, которое преимущественно
тратится на развлекательный видео-контент, игровые сервисы
и прочие виды контента.
9
 Переход в сторону более “тяжелого контента” по мере
развития технологий и появления на рынке соответствующих
устройств (рис. 1.3).
Структура видеоконтента по качеству
100
2%
10%
40%
40%
8
65%
1,4
58%
55%
Ср. размер
фильма Гб
25%
5%
2020
HD
2015
SD
2025
Ultra HD
SD - телевидение стандартной четкости;
HD - телевидение высокой четкости;
Ultra HD - телевидение сверхвысокой чёткости.
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, оценка Ростелеком
Рис. 1.3. Структура видеоконтента
Развитие облачных игровых сервисов, которые позволят
пользователям получить возможность играть с любого
подключенного к сети устройства (телефон, планшет, ТВ и др.) без
привязки к физической игровой консоли. Динамика роста
среднемесячного
объема
трафика
стримингового
видео
представлена на рис. 1.4.
Характеризуя профиль работ и обучения на дому обратим
внимание на то, что:
 Развитие и рост использования удаленных рабочих мест,
дистанционного
обучения
повысит
потребность
в
10
высокоскоростном интернете с повышенным качеством
сервиса.
 В 2015 г. доля постоянно работающих удаленно людей
составила 15%, а к 2025 г. доля может вырасти до 30-50%.
Среднемесячный объём трафика
на стриминговое видео (Эбайт)
GAGR: 22%
GAGR: 13%
GAGR: 31%
12,6
6,8
1,7
2015
2025
2020
Источник: Cisco VNI Forecast Highlights, Statista, Direct Info,
McKinsey, оценка Ростелеком
CAGR - Compound Annual Growth Rate - совокупный среднегодовой темп роста
Рис. 1.4. Динамика роста среднемесячного объема трафика
стримингового видео
Таким образом можно сделать вывод о существенном влиянии
домохозяйств на формирование требований к сети.
1.4
Оценка распределения трафика между фиксированными
и мобильными сетями
11
Основные тренды, формирующие профиль потребления
домохозяйствами в будущем, приведут к значительному росту
трафика:
 С 2015 по 2020 гг. среднемесячный объем трафика вырастет в
3 раза, а с 2015 по 2025 гг. более, чем в 6 раз (рис. 1.5);

Преобладание останется за трафиком в фиксированных сетях.
За счет технологических особенностей мобильная передача данных
(в рассматриваемом периоде до 2025 г.) не сможет составить
конкуренцию фиксированным сетям. Доля мобильного трафика в
общем трафике в 2025г. ожидается не более 20%;

По мере появления и развития 5G возможно изменение
ситуации и смещение в сторону мобильной передачи данных, но
реализация сценария возможна после 2030 г.
Структура среднемесячного
объёма трафика (Эбайт)
GAGR: 20%
GAGR: 15%
20,2
GAGR: 26%
10,1
3,2
2015
Фикс.
сети
2025
2020
Моб.
сети
12
Публ.
Wi-Fi
CAGR - Compound Annual Growth Rate - совокупный среднегодовой темп роста
Рис. 1.5. Структура и объемы среднемесячного трафика
1.5
Цели Минкомсвязи России, направленные на
повышение качества жизни в России (2012-2018г.)
Целью развития телекоммуникационных сетей
является
создание современной инфокоммуникационной инфраструктуры,
обеспечивающей
предоставление
информационных
услуг
государственным органам, бизнес-структурам и населению.
Современные сети должны обеспечивать:
• Создание условий для доступа к сервисам электронного
правительства;
•
Развертывание сети ШПД с использованием современных
технологий
для
предоставления
широкого
спектра
инфокоммуникационных услуг.
Исходя из этого анализа, на сайте проекта 2018.minsvyaz.ru "Цели
Минкомсвязи России 2012-2018" [3] формулированы задачи
отрасли. Обратим внимание на следующие пункты:

подключение 5 млн. домохозяйств каждый год на скорости
100Мб;

подключение к Интернету - 4G по 20 млн. абонентов в год;

доступ к 20 теле- и 50 радиоканалам в любой точке РФ.
Таким образом, из вышесказанного ставится задача не просто
строительства мультисервисных сетей с широкополосным
фиксированным и беспроводным доступом, а создание на их основе
распределенных информационных систем. Фактически ставится
задача смещения фокуса от оказания простых услуг связи к
предоставлению комплексных инфокоммуникационных сервисов
13
для населения,
органов государственной власти, местного
самоуправления, корпораций для выполнения целей и задач,
сформулированных в документе государственная программа
Российской Федерации "информационное общество (2011 - 2020
годы)" [4].
1.6
Общие требования к системам телекоммуникаций
Современная сеть должна быть доступна следующим категориям
пользователей:

домашним пользователям;

органам государственной власти;

корпоративным клиентам (малый и средний бизнес);

крупным корпоративным клиентам.
Одной из самых главных задач, которые ставят перед собой
традиционные операторы связи, является переход к новой
структуре сети, ориентированной на передачу разнородного
трафика (данных, видео, голоса) с обеспечением необходимого
качества обслуживания абонентов, набора современных услуг,
безопасности и надежности. При выборе проектных решений
необходимо исходить из того, что проектируемая сеть должна
удовлетворять следующим требованиям [5] использование
новейших принципов построения, в основе которых должны лежать
протоколы и технологии, одобренные соответствующими
комитетами по стандартизации в области связи;

ориентация на широкое применение оптоволокна как при
построении сетей доступа, так и магистрального сегмента;

топология сети должна обладать высокой структурной
надежностью и обеспечивать связность сети при обрыве каналов
связи и отказе оборудования;
14

использование оборудования операторского класса,
обеспечивающего
высокую
надежность
и
возможность
восстановления соединений в реальном времени при аварийных
ситуациях;

обеспечение конфиденциальности и защиты данных на всех
уровнях сети;

на уровне архитектуры сети должны быть предусмотрены
механизмы защиты от подмены адресов с целью предотвращения
неавторизованного доступа к услугам;

на уровне архитектуры должен быть реализован принцип
независимости от технологии, используемой на уровне доступа;

на уровне архитектуры должен быть реализован принцип
преемственности старых услуг на новой архитектуре;

поддержка механизмов качества обслуживания, что
является обязательным условием при передаче трафика,
чувствительного к параметрам задержек, такого как речь и видео;

масштабируемость сети, под которой будем понимать
возможность многократного увеличения портовой мощности сети,
пропускной способности магистрали, возможности расширения
списка оказываемых услуг;

обеспечение соглашений об уровне обслуживания для
заданных групп абонентов, а в идеале для каждого клиента;

управляемость.
1.7
Комплексные инфокоммуникационные услуги для
органов государственной власти, местного самоуправления,
корпораций
Вендеры и системные интеграторы предлагают не просто
разрозненное оборудование и программное обеспечение, а
проектные решения, комплексные сетевые решения, среди которых
можно выделить следующие направления:
15

Для органов государственной власти - информационные сети
и
системы
для
реализации
программы
«Электронное
правительство»;

Для муниципалитетов - «Умный Дом», «Умный Город»,
«Электронное ЖКХ» и т.п.;

Для энергетических компаний - «Умная энергетика»;

Для корпоративных клиентов - видеоконференцсвязь (с
эффектом присутствия);

Для МВД, ГИБДД - «Безопасный город» и «Умный
транспорт», включая систему реагирования на чрезвычайные
ситуации – обслуживание экстренных вызовов, Мониторинга
дорог, ЖД Вокзал/Аэропорт, здания/офисы/ТЦ;

Для служб системы общественной безопасности видеонаблюдение за важными объектами, включая сервисы
сигнализации при кражах,
мониторинга направления и
возникновения движения;

Для службы исполнения наказаний – «Умная тюрьма»;

Для всех заинтересованных служб – «Облачные вычисления»,
включая биллинг за услуги ЖКХ;

Для медицинского обслуживания населения в удаленных и
труднодоступных районах - «Телемедицина».
Можно
выделить
следующие
характерные
особенности
распределенных информационных систем, построенных на базе
ресурсов мультисервисной сети и предназначенных для оказания
комплексных инфокоммуникационных услуг:
•
Структура сети (системы) – иерархическая;
•
Доступ – широкополосный (проводной и беспроводной);
•
В качестве терминалов широко используются устройства с
беспроводным доступом: планшетники, смартфоны и т.п.;
•
Магистраль – IP/MPLS/GE/DWDM. Скорость передачи не
менее 10Гбит/с;
16
•
Для отображения информации широко используются
видеостены;
•
Для хранения и обработки информации используются Центры
Обработки Данных (ЦОД);
•
Конвергенция фиксированной и мобильной связи;
•
Наличие системы управления;
•
Ресурсы мультисервисной сети используются в качестве
подсистемы для построения информационных систем;
•
Остро стоит проблема обеспечения информационной
безопасности.
1.8
Цели ПАО «Ростелеком»
В перспективе доминирующая часть абонентов будет
пользоваться услугами на базе волоконно-оптических проводных и
высокоскоростных беспроводных технологий доступа. Операторы,
которые не идут сегодня по пути модернизации инфраструктуры,
создания единой конвергентной сети и агрессивного захвата
абонентской базы, потеряют конкурентоспособность. Цель ПАО
«Ростелеком», как крупнейшего оператора, нацеленного на
решение этих амбициозных задач,
в наглядном виде
проиллюстрирована на рис.1.6.
17
Цель Ростелеком
Создание среды обмена информации, облачной платформы работы
с данными аналитические сервисы
ЦИФРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО
33995
 PH
Возврат полученных
результатов машинам
Получение и сохранение потоков данных
от машин и оборудования
ИНФРАСТРУКТУРА
СЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
mobile
Tw itter
NoSQL
databases
tools store now
support
big-data
examp le
query
compression
Storagenew
big
da taba se
data
SQL
Hadoop
processing
inform ation
analysis
column-stor e
Промышленная
Облачная
инфраструктура
ИНФРАСТРУКТУРА
ОБРАБОТКИ
БОЛЬШИХ ДАННЫХ
Машинные алгоритмы
и анализ данных
Распределение данных между
машинами и людьми
0100011011001100010010101101
0011100111011011001000001000
01100010110011000100101011
1100100101100111110111111001
01001110011101101100100000
1000010001111001010101111011
10001100100101100111110111
0111011110001110100110011101
11100110000100011110010101
1010001010101100101011001000
01111011011101111000111010
1101110011011110101010110011
01100111011010001010101100
0101011110001100110001111101
10101100100011011100110111
0100000000001001100111110110
10101010110011010101111000
0110000001111000001100000110
11001100011111010100000000
1001011111101111110101001110
00100110011111011001100000
1010000000000100111000111111
01111000001100000110100101
1011101000000001111100110000
11111011111101010011101010
0100111001001010111001000000
00000000010011100011111110
1100101111010001111100010000
ОБЛАЧНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ TELEPRESENCE ПЛАТФОРМА
СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ПРИСУТСТВИЯ
Рис. 1.6. Цели ПАО «Ростелеком»
1.9
Резюме
В России достигнуты значительные успехи в строительстве
сетей ШПД. Вместе с тем в ближайшие годы предстоит коренная
реконструкция существующих сетей и строительство новых с
учетом мировых трендов. К важнейшим из них можно отнести
увеличение числа и состава устройств, подключенных к сети,
перераспределение
трафика
между
фиксированными
и
мобильными сетями, влиянием интернет вещей, ориентация на
использование облачных технологий.
Исходя из новых реалий министерство разместило на своем
сайте документ «Цели Минкомсвязи России, направленные на
повышение качества жизни в России (2012-2018г.)», в котором
сформулированы базовые требования к сети. Важнейшими
направлениями
развития
сети
является
предоставление
18
комплексных инфокоммуникационных услуг для органов
государственной власти, местного самоуправления, корпораций, а
также представление комплекса сервисов для Цифрового
Домохозяйства.
Важная роль в решении поставленных задач отводится ПАО
«Ростелеком».
19
ЭВОЛЮЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ
СЕТИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА
1.10
Мотивация операторов на реконструкцию сетей
В настоящее время
Операторы связи сталкиваются с
серьезными проблемами, которые отражаются на доходах и
прибыли. Прежде всего эти проблемы связаны с необходимостью
управлять мультисервисными сетями, значительным увеличением
трафика, внедрением новых сервисов, растущим количеством
различных устройств, требующих поддержки, ускоряющимся
темпом изменений и другими трудностями.
Исследование, проведенное для Cisco Services компанией
Forrester Consulting в мае 2010 года, показало, что операторы связи
сосредоточены на достижении трех общих целей [6]:
• управление затратами;
• обеспечение высокого качества обслуживания заказчиков;
• ускорение запуска новых сервисов.
1.11
Оптимизация затрат
Чтобы выдержать конкуренцию и обеспечить развитие своего
бизнеса, операторы связи должны стремиться к увеличению
доходов и прибыли. Однако это непростая задача в период, когда
поддерживать имеющийся уровень доходов очень сложно из-за
усиленной конкурентной борьбы и сложных экономических
условий. В результате повышенное внимание уделяется
сокращению
расходов,
чтобы
сохранить
прибыль
и
конкурентоспособные цены.
В то же время меняющиеся запросы потребителей и быстро
развивающийся рынок выдвигают такие требования, как
увеличение
объема
содержимого,
повышение
качества
обслуживания и увеличение пропускной способности. Поэтому
20
операторы связи должны соблюдать баланс между сокращением
расходов и предоставлением новых передовых услуг.
Проведя реконструкцию сети, операторы связи смогут
повысить эффективность капитальных затрат, предоставить новые
возможности, снизить риски, сократить время выхода продукта на
рынок и перейти на более выгодный ценовой уровень.
Даже если существующая инфраструктура в состоянии
справиться с новыми требованиями к трафику, оценка ее
реконструкции зачастую помогает преобразовать возможности
сети, позволив оператору связи перейти на более выгодный
ценовой уровень, снизить риски и быстрее предложить свои услуги
на рынке.
Сокращение текущих расходов связано с решением ряда
ключевых задач:
• уменьшением расходов на управление сложной структурой
сети;
• соблюдением требований к пропускной способности;
• контролем расходов на удержание заказчиков;
• сокращением издержек и последствий перебоев в работе.
1.12
Сокращение расходов на управление сложной
структурой сети
Многие операторы связи сталкиваются со стремительным
ростом затрат на эксплуатацию сетей, в основе которых лежат три
фактора [7]:
• дублирование расходов при эксплуатации нескольких сетей,
необходимых для поддержки все более разнообразных сервисов;
• расходы на управление все более сложной структурой сети
для адаптации к меняющимся характеристикам трафика;
21
• высокая стоимость обслуживания существующих сетей.
Перенос сервисов на одну IP-сеть, способную выполнить
несколько сервисов одновременно, позволит исключить высокие
затраты на эксплуатацию нескольких специализированных сетей.
Однако по мере развертывания все большего количества сервисов,
каждый из которых имеет свой характер трафика, даже при
наличии единственной сети возможны повышение затрат на
управление и снижение производительности. Поэтому особое
внимание должно быть уделено сокращению общих операционных
расходов. Это можно достигнуть:
• применяя интеллектуальные
повысить уровни использования;
сетевые
функции,
чтобы
• автоматизируя многие процессы и упрощая управление
операциями.
Устаревшие сети истощают ресурсы операторов связи, требуя
высоких затрат на текущее обслуживание вплоть до потери своей
работоспособности. Поэтому операторы связи стараются ускорить
вывод из эксплуатации старых сетей, чтобы сократить затраты на
текущее обслуживание. В ряде случаев, когда старые сети
продолжают приносить доход, их можно модернизировать и
оптимизировать. При реконструкции сети особое внимание должно
быть уделено оптимизации пропускной способности. Слишком
высокая пропускная способность свидетельствует о неэффективной
трате средств и недостаточном использовании ресурсов. Излишняя
экономия может привести к перебоям и нестабильной работе сети с
вытекающими отсюда расходами и негативном влиянии на
качество обслуживания заказчиков. Она также может замедлить
выделение ресурсов новым клиентам или развертывание новых
сервисов.
Важнейшим фактором, влияющим на принятие решения о
модернизации сети, является стремление привлечения новых и
22
удержание старых клиентов. Доступность услуг, повышение
качества обслуживания, внедрение новых сервисов способствуют
увеличению клиентской базы.
Многие операторы уже оказывают услуги ШПД для
высокоскоростного доступа в Интернет. Развитие и модернизация
этих сетей связана с желанием получения дополнительных доходов
операторами связи от предоставления своим абонентам новых
востребованных услуг и сервисов, а также возможным
расширением абонентской базы. Заметим, что суммарная
клиентская база практически не растет, однако клиенты отдают
предпочтение тем операторам, которые предоставляют весь
комплекс услуг с приемлемым качеством, по выгодным тарифным
планам.
1.13
Роль Broadband Forum в эволюции архитектуры сетей
широкополосного доступа
Выше уже была отмечена роль сетей ШПД в развитии
экономики в целом различных стран. Важнейшая роль в развитии
сетей ШПД принадлежит международной организации BBF, к
работе в которой привлечены крупнейшие игроки мирового
телекоммуникационного рынка. Следует отметить, что, хотя
документы, подготовленные BBF, носят рекомендательный
характер, тем не менее, их влияние на развитие современных
мультисервисных сетей передачи данных (МСПД) ШПД трудно
переоценить. Фактически эти документы были движущей силой
эволюции архитектуры широкополосных сетей в течение
последних полутора десятилетний, намечая пути решения проблем,
с которыми столкнулись операторы.
Важнейшими моментами при строительстве и модернизации
сети ШПД являются вопросы:
 управления подписчиками;
 управления услугами;
23
 определения границ сети, отвечающей за маршрутизацию
трафика между подписчиками и сервисами на основе IPадресов;
 должна ли эта функциональность быть сосредоточена на
центральном узле или, скажем, распределена на
множестве
периферийных
устройств
ШПД
в
непосредственной близости к подписчику?
Эволюция архитектуры показана на рис. 2.1. Сравнивая
архитектуры, описываемые TR-25 и затем в TR-101 и TR-156,
можно проследить характерные тенденции, о которых будет
сказано ниже.
B [8,9] перечислены основные тенденции построения сетей:
• Переход от ATM к Ethernet для подключения абонентов к
узлам доступа;
• Использования MPLS в сегментах доступа и агрегации;
• введение IPoE и Ethernet сессий в дополнение к
PPPoE;
сеансам
• развертывание IP многоадресной передачи для поддержки
IPTV услуг;
• переход от IPv4 к IPv6;
• взаимодействие
между
следующим
фиксированного и беспроводного доступа;
поколением
• внедрение облаков и виртуализированных услуг.
Большинство документов расположено в открытом доступе на
сайте форума
https://www.broadband-forum.org [8-19].
Их
количество исчисляется десятками. Важнейшие документы,
оказывающие в настоящее время существенное влияние на
архитектуру МСПД ШПД, приведены на рис. 2.1 и рис. 2.2.
24
При построении
следующие уровни:
сети
МСПД ШПД
обычно выделяют
• Сеть внутри офиса или квартиры абонента;
• Уровень доступа;
• Уровень агрегации;
• Уровень предоставления услуг (сервисный уровень);
• Уровень магистрали.
1999
2003
TR-25
TR-59
CPE
CPE
ATM агрегация
ADSL
DSLAM
BRAS
Интернет
ATM агрегация
ADSL
DSLAM
BRAS Интернет, QoS
ADSL
2007
TR-101
CPE
VDSL
2010
TR-156
ATM агрегация
Ethernet агрегация
ADSL2+
DSLAM/
MSAN
Ethernet агрегация
PON
ONT
BNG/
Интернет
Video
Телефония
BNG
Телевидение
OLT
Рис. 2.1. Эволюция архитектуры сети
25
BNG/
Интернет
Video Телефония
BNG Телевидение
Roles played by BBF Reports
Providing
Multi-Service
support
TR-101
TR-221
Moving from ATM
to Ethernet based
Access
TR-101
New Business
Requirements &
service models
TR-144
Multi-Service
TR-145 Broadband WT-178
Architecture
TR-203
WT-291
Introducing
Fixed-Mobile
convergence
Augmenting xDSL
with Fibre access
TR-156
TR-167
Providing
Cloud
service
MR-275
MR-302
Broadband
forum
WT-300
Рис. 2.2. Роль BBF в эволюции архитектуры мультисервисных
сетей доступа
1.14
Резюме
Концептуальной основой развития МСПД ШПД являются
материалы, подготовленные Broadband Forum. Эта международная
организация подготовила десятки документов. Хотя документы,
подготовленные BBF, и носят рекомендательный характер, тем не
менее, их влияние на развитие современных МСПД ШПД трудно
переоценить. Фактически эти документы являются движущей
силой эволюции архитектуры широкополосных сетей в течение
последних полутора десятилетний, намечая пути решения проблем,
с которыми столкнулись операторы.
26
АРХИТЕКТУРА
МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ
ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА
1.15
СЕТИ
Использование моносервисных и мультисервисных
сетей для предоставления услуг населению
На сегодняшний день складывается ситуация, когда один и тот
же пользователь получает различные услуги у разных Операторов
(рис 3.1). Например, услугу телефонной связи - у традиционного
Оператора, телевидение - у Оператора кабельного телевидения, а
Интернет - у Провайдера услуг. С каждым из этих Операторов и
Провайдеров пользователь должен установить договорные
отношения, оплачивать счета, участвовать в разборе конфликтных
ситуаций. Такая схема предоставления услуг использовалась
повсеместно в 90-е года прошлого столетия.
Для каждой услуги создавалась отдельная вторичная сеть,
причем обычно Оператор делал ставку на предоставление одной
основной услуги. В настоящее время многие Операторы поставили
перед собой задачу построения мультисервисных сетей, т.е. сетей,
которые способны предоставить пользователю не одну, а сразу
несколько востребованных услуг.
27
Рис. 3.1. Использование моносервисных сетей для
предоставления услуг населению
В 2002 году Минсвязи РФ утвердило документ
«Концептуальные положения по построению мультисервисных
сетей на ВСС России», в котором дан ряд понятий и определений, в
том числе и определение Next Generation Network (NGN). Согласно
этому документу сеть NGN является мультисервисной сетью на
базе пакетной коммутации, ориентированной на передачу всех
видов трафика, таких как речь, данные видео, широкополосные
приложения и т.п. В качестве абонентских устройств NGN сеть
должна обеспечивать возможность подключения устройств любого
типа,
включая
телефонные
аппараты,
компьютеры,
видеоприставки, бытовую технику.
28
Появление большого числа Операторов, предлагающих
практически одни и те же услуги, привело к тому, что пользователь
имеет возможность выбирать Оператора, через которого может
получать доступ к услугам связи.
Чтобы понять, что это значит для Операторов, которые
длительное время были практически монополистами в регионе,
рассмотрим место Оператора связи в схеме предоставления услуг
(рис 3.2). Как видно из этого рисунка сети Операторов занимают
место между поставщиками контента и конечными потребителями
услуг. Причем, для доступа к одному и тому же контенту можно
воспользоваться услугами нескольких Операторов. Это означает,
что пользователь имеет возможность отдать предпочтение тому
Оператору, который может предложить более широкий спектр
основных и дополнительных услуг, более оптимальный тарифный
план, лучшую систему технической поддержки, бонусы и т.п. Из
вышесказанного можно сделать вывод о том, что в новых
экономических условиях Операторы вынуждены работать в
состоянии жесткой конкуренции.
29
Рис. 3.2. Использование
предоставления услуг населению
1.16
мультисервисных
сетей
для
Основные компоненты архитектуры
На рис. 3.3 приведены основные компоненты мультисервисной
сети [20]. Можно выделить четыре основных уровня, в том или
ином виде присутствующих в любой сети ШПД [21,22]. Это:

Домашняя (офисная) сеть в помещении пользователя;

Уровень доступа;

Уровень агрегации;

Уровень предоставления услуг (сервисный уровень);
30

Уровень магистрали.
Сервисный уровень
Местный контент
Квартира
VOD
TV
SIP
Уровень
доступа
Ethernet
Глобадьный контент
VOD
SIP
Уровень
Магистрали
Уровень Агрегации IP/MPLS
Корпорация
TV
Пограничный
маршрутизатор
Узел агрегации
Корпорация
Квартира
Уровень
доступа
Ethernet
Уровень
доступа
Ethernet
Уровень
доступа
Ethernet
Рис. 3.3. Пример архитектуры МСПД ШПД при использовании
на уровне доступа коммутаторов Ethernet
Кратко остановимся на назначении и функциях этих элементов
сети.
Домашняя (офисная) сеть может содержать различное
оборудование, например, компьютеры, телевизоры, IP и обычные
телефонные аппараты, прочую бытовую технику. В качестве
пограничного устройства домашней сети рекомендовано
использовать специальное устройство - домашний шлюз.
Уровень доступа. Обеспечивает физический доступ абонента к
сети. Главной функцией узлов доступа (УД) является обеспечение
подключения пограничных устройств Customer Premises Equipment
(СРЕ), расположенных у пользователя, к сети Оператора. Узел
доступа является многопортовым и обеспечивает подключение к
сети от нескольких единиц до нескольких сотен СРЕ. Он
31
объединяет трафик данных, голоса и видео от различных
пользователей. Для предоставления скоростного доступа в
Интернет на узлах доступа сетей операторского класса широкое
распространение получило применение DSLAM – мультиплексоров
доступа по DSL, позволяющих подключать конечных
пользователей по обычным телефонным линиям при помощи
технологии xDSL. В последние годы наметилась тенденция
использования в качестве узлов доступа устройств Multi Service
Access Node (MSAN) – мультисервисных узлов абонентского
доступа, особенностями которых являются наличие большого числа
популярных интерфейсов и поддержка QoS.
Уровень агрегации. Узлы агрегации (УА) объединяют трафик
от одного или нескольких узлов доступа и направляют его через
сеть агрегации в сторону граничного устройства предоставления
услуг, а также передают трафик в обратную сторону – от
граничного устройства в сторону УД. Сеть агрегации может иметь
различные топологии: кольцевую, линейную, звездообразную и
другие. В качестве технологии построения сетей агрегации
широкое распространение получила технология Ethernet, при этом
сами коммутаторы соединяются друг с другом либо по кольцевой
топологии, либо по звездообразной с использованием
оборудования спектрального уплотнения. Сеть может быть построена как полностью на втором уровне модели OSI (то есть, проще
говоря, с использованием коммутаторов), так и с использованием
технологий IP/MPLS (с применением IP/MPLS маршрутизаторов).
Сеть агрегации, построенная полностью на втором уровне, обычно
обходится дешевле в развертывании, но, как правило, сложнее в
эксплуатации. Кроме того, данные сети имеют меньшие
возможности масштабирования, поэтому такой подход можно
рекомендовать только для относительно небольших сегментов
агрегации. Сеть агрегации, построенная на базе технологии
IP/MPLS, обеспечивает необходимую гибкость, простоту
32
эксплуатации и хорошие возможности масштабирования. Особо
стоит отметить, что использование IP/MPLS в агрегации позволяет
применять комбинированный подход к доставке трафика: часть
трафика можно маршрутизировать на третьем уровне модели OSI
(например, видеотрафик, особенно его multicast-составляющую), а
другую часть (например, интернет-трафик) —туннелировать на
втором уровне до сервисной границы с помощью технологий
Ethernet over MPLS или VPLS. Оператор может пойти по пути
развертывания агрегации с использованием коммутации на втором
уровне модели OSI с тем, чтобы перейти на технологию IP/MPLS в
будущем, по мере роста абонентской базы и, соответственно,
сегмента агрегации.
Оборудование предлагает возможность
осуществить такой вариант с полным сохранением инвестиций: для
перехода на IP/MPLS в коммутаторах агрегации не требуется
никаких аппаратных изменений, необходимо всего лишь
приобрести дополнительную программную лицензию.
Уровень предоставления услуг (сервисный уровень). Задача
сервисного уровня заключается не в передаче трафика как
такового, а в организации сервиса, то есть того, за что в итоге и
платит
абонент.
Сервисный
уровень
осуществляет
аутентификацию и авторизацию абонента — определяет список
сервисов, которые может (и должен) получать абонент. Далее
оборудование сервисного уровня обеспечивает выполнение
параметров контракта с абонентом по сервисам, на которые
абонент подписан, например, ограничивает скорость доступа в
Интернет до контрактных величин; и здесь же формируется
статистика для биллинга абонента или обеспечивается контроль
потребления услуг абонентами, работающими по предоплате.
Уровень магистрали предназначен для быстрой и надежной
передачи трафика на межрегиональном уровне. Фактически,
магистраль связывает между собой сети агрегации, построенные в
разных городах. Если оператор эксплуатирует сеть только в одном
33
городе или области, уровень магистрали может вообще
отсутствовать в явном виде, являясь, по сути, подключением к
вышестоящему магистральному оператору.
1.17
Пример взаимодействия компонентов архитектуры при
предоставлении услуги широкополосного доступа в
Интернет
Перечень действий при активации услуги.
Шаг 1. Абонент начинает сеанс PPP, устанавливая связь между
своим терминалом и BRAS. Заметим, что между ними могут
находиться
домовая
сеть,
сеть
абонентского
доступа,
магистральная сеть.
Шаг 2. BRAS определяет начало сеанса и формирует запрос
системе активации услуг.
Шаг 3. Система активации услуг проверяет имя и пароль. В
случае, если имя и пароль правильные, бюджет его положительный,
то формируется профиль, содержащий параметры выбора услуг.
Шаг 4. Профиль возвращается к BRAS для конфигурации
соединения.
Шаг 5. BRAS разрешает доступ только к центру для выбора
услуг.
Шаг 6. BRAS начинает учетную запись по сеансу.
Шаг 7. Абонент получает доступ к тем услугам, которые
предоставлены порталом выбора услуг.
Шаг 8. Начинается обмен данными через BRAS между
абонентом и поставщиком контента.
Заметим, что в данной схеме сетевой центр устанавливает
набор правил для каждой услуги:
34

IP адрес клиента;

ограничение по скорости;

класс обслуживания;

правила фильтрации и маршрутизации трафика;

учет.
Самой из наиболее востребованных услуг является услуга
высокоскоростного доступа в Интернет. Возможность создания
гибких тарифных планов, отличающихся скоростью подключения,
гарантиями обслуживания, вариантами тарификации (помесячная
или за фактически пропущенный по сети трафик) делает эту услугу
весьма привлекательной для различных категорий пользователей.
Схема предоставления услуги управляемого ШПД в Интернет
приведена на рис. 3.4. В рассматриваемом примере конечные
пользователи подключены через домовые сети, построенные на
базе технологии Ethernet, а также по технологии xDSL.
35
Рис. 3.4. Схема предоставления услуги управляемого ШПД в
Интернет, включая сопутствующие услуги увеличения скорости и
обнаружения вторжения
1.18
Точка предоставления услуг
На сервисном уровне формируется понятие абонентской
сессии, то есть своеобразного «виртуального сетевого интерфейса»
к абоненту, осуществляется выдача IP-адресов. Собственно, на
уровне IP-протокола абонент взаимодействует именно с сервисным
уровнем. Оборудование, реализующее функции сервисного уровня,
принято называть терминами (Broadband Remote Access Server,
термин стандарта Broadband Forum TR-59) или BNG (Broadband
Network Gateway, термин стандарта Broadband Forum TR-101). Оба
употребляются в индустрии взаимозаменяемо, в настоящей статье
36
принято обозначение BRAS. Устройство BRAS — это, по сути,
маршрутизатор, обладающий специальным абонентскими сессиями
и позволяющий выполнить следующее:
 Аутентификацию абонента во внешней системе;
 Авторизацию абонента, то есть получение списка сетевых сервисов
и их параметров, на которые подписан абонент, во внешней
системе;
 Создание абонентской сессии — виртуального интерфейса в
сторону абонента, применение к этому интерфейсу необходимых
параметров для реализации выбранных сервисов (например,
ограничение скорости доступа в Интернет), назначение IP-адреса
абоненту;
 Передачу во внешнюю систему биллинга данных об использовании
абонентами ресурсов (например, общий трафик в байтах,
переданный абоненту, или проведенное в сети время).
Существуют и другие, расширенные, функции управления
абонентскими сессиями, которые могут быть реализованы
устройством BRAS. К ним можно отнести, например, контроль
квот с последующим автоматическим отключением абонента от
сети или перенаправление абонента на специальный портал для
клиентов, тарифицируемых по предоплате. Функции сервисного
уровня могут быть вынесены на отдельное специализированное
оборудование, как правило, располагающееся в этом случае между
уровнем агрегации и уровнем магистрали, или возложены на
оборудование уровня агрегации. В последнем случае термин BRAS
означает не выделенный маршрутизатор сервисного уровня, а
соответствующий
набор
функционала
по
управлению
абонентскими сессиями, реализованный на маршрутизаторе уровня
агрегации.
Стоит заметить, что не все типы услуг в принципе нуждаются в
выделенном сервисном уровне (и в полном наборе функций BRAS).
37
Как правило, услуги можно разделить на два класса: транспортные
(или сетевые) и услуги приложений.
К услугам первого типа относятся, например, доступ в
Интернет, доступ к корпоративному VPN, к собственному
игровому серверу оператора и т.д. Они тарифицируются по
скорости доступа или количеству переданных байт. Тарификация,
как и доступ к услуге, выполняются собственно сетью, а именно,
устройством BRAS.
Примерами услуг второго типа - услуг приложений - являются
такие сервисы, как IP-телефония или IPTV. Они управляются и
тарифицируются соответствующими прикладными системами
(например, доступ к услуге VoIP управляется регистрацией
абонентского терминала на SIP Proxy сервере, а тарификация
обеспечивается программным коммутатором вызовов VoIP SoftSwitch). Сеть всего лишь обеспечивает транспорт (с
соответствующими гарантиями качества обслуживания) от
абонентского терминала до прикладной системы. Поэтому такие
приложения не нуждаются в выделенном уровне сервисной
границы. Минимально необходимая часть функций сервисной
границы (а это, фактически, только выдача IP-адресов и
обеспечение IP-связанности с соответствующей прикладной
системой) всегда может быть возложена на оборудование
агрегации, даже если оно не в состоянии реализовать полный набор
функций BRAS. В этом случае часть трафика абонента, в
частности - видеотрафик, может обслуживаться без использования
ресурсов BRAS, что позволяет оптимизировать капитальные
затраты при строительстве сети ШПД.
На рис 3.5 и 3.6. [23-28] приведены варианты архитектуры сети
доступа с единой и несколькими сервисными границами.
38
Рис. 3.5. Одно сервисное устройство предоставляет все услуги
одновременно (также известен как вариант с единой сервисной
границей (single-edge)
Рис. 3.6. Несколько сервисных устройств используется для
предоставления услуг (также известен как вариант с несколькими
сервисными границами (multi-edge)
39
1.19
Использование VLAN для организации сервисов
1.19.1 Модель сервисной VLAN (S-VLAN)
В модели сервисного VLAN (рис.3.7) существует отдельный
VLAN для каждой из услуг, например, для доступа в Интернет, IPтелефонии (VoIP), IP-телевидения (IPTV) и видео по запросу (VoD)
[29].
Пакеты протокола IGMP для управления подпиской на трафик
групповой рассылки (multicast), всегда передаются в том же SVLAN, что и связанный с ними трафик IPTV.
Доступ в Internet SVLAN
VoIP SVLAN
IPTV SVLAN
MSAN/PON/Switch
IGMP
Рис. 3.7. Схема доставки услуг с тремя сервисными VLAN
Здесь и далее на схемах отражена логическая схема разделения
каналов связи на отрезке "последней мили" между устройством
доступа и CPE – абонентским устройством доступа,
устанавливаемым на стороне подписчика. В зависимости от
используемой среды это может быть DSL-модем, Ethernet40
коммутатор или PON ONT, так же будут различаться и физические
топологии данного сегмента сети, что не существенно для
рассматриваемых нами вопросов.
Важной проблемой обслуживания VLAN в данном случае
является то, что ни один сетевой элемент не может контролировать
суммарный трафик в направлении отдельного абонента. Вместо
этого фиксированная полоса пропускания должна быть выделена
под каждую услугу.
Сервисная модель не позволяет менять заранее установленную
схему распределения трафика на абонента, например, использовать
дополнительную емкость полосы для скачивания данных вместо
доставки SDTV-канала. Она также не позволяет использовать для
просмотра дополнительного HDTV
видеоканала полосу,
выделенную для передачи данных, что может являться
существенным недостатком, если принять во внимание растущую
популярность формата HD.
Преимущества:
 Хорошо подходит для простых реализаций Triple Play услуг;
 Каждое RG (Residential Gateway) – устройство, установленное
дома у клиента и подсоединенное к линии DSL или
оптической линии связи – имеет идентичную конфигурацию.
Недостатки:
 Плохо подходит для реализации модели Multiplay, т.к на
стороне подписчика каждая услуга
подключена к
определенному порту RG и связана с определенным
сервисным устройством. Из-за этого, например, возникают
проблемы с предоставлением услуги IPTV для просмотра
широковещательных каналов видео на PC.
 Сильно затруднена реализация механизма динамического
контроля доступной полосы пропускания при активации
41
услуг (Call Admission Control, CАС). Из-за высокой
вычислительной нагрузки на устройство (что связано с
обработкой пакетов данных для каждого из сервисных VLAN
и определением общего объема трафика для каждого
абонента) реализация механизма не возможна на уровне
отдельного устройства доступа или BNG.
1.19.2 Клиентские VLAN (C-VLAN)
В модели клиентской VLAN (C-VLAN), схематично
проиллюстрированной
на
рис.
3.8,
используется
индивидуальный VLAN для каждого абонента.
IP Phone
PC
Phone
TV
Подписчик №1 CVLAN
IP Phone
Подписчик №2 CVLAN
PC
Подписчик №3 CVLAN
Phone
MSAN/PON/Switch
TV
IP Phone
PC
Phone
TV
Рис. 3.8. Схема доставки услуг с клиентскими VLAN
Данная модель лежит в основе архитектуры сетей во многих
системах передачи данных операторского класса для агрегации
соединений по выделенной линии, Metro Ethernet, PON. Такая
42
схема работы сети используется
провайдерами услуг ШПД.
многими
крупнейшими
Преимущества
• Модель C-VLAN позволяет пограничному маршрутизатору
эффективно управлять полосой пропускания для каждого
абонента в отдельности, а также дает возможность простой
реализации механизма САС;
• Модель хорошо подходит для предоставления услуг MultiPlay, где любое терминальное устройство в домашней сети
подписчика (PC/Notebook, IP-phone, STB, MP3-проигрыватель,
игровая приставка и т.д.) может подключиться к любой услуге;
• Внедрение новых услуг не требует изменений сетевых
настроек устройств доступа и CPE;
• Снижение и унификация требований к устройству уровня
доступа, что позволяет провайдеру приобрести самую выгодную
по цене платформу для агрегации доступа;
• Разделение подписчиков на уровне VLAN упрощает процесс
поиска и устранения неполадок в работе сети.
Недостатки
• В простейших конфигурациях Ethernet-кадры передаются
через устройства доступа прозрачным образом. В результате
каждый RG должен быть настроен индивидуально для работы со
своим C-VLAN. (Некоторые аппаратные платформы могут
удалять или менять теги VLAN до отправки пакета на порт RG,
таким образом, исключая эту проблему);
 Применение модели C-VLAN в чистом виде плохо подходит
для распространения трафика групповой рассылки. В этом
случае репликация потоков осуществляется на уровне BSR,
что требует более широкой полосы пропускания для
43
соединения BSR (Broadband Service Router) и MSAN
(Multiservice Access Node) (рис. 3.9)
Репликация трафика
Групповой рассылки
Channel 7
Channel 7
Channel 7
Channel 7
MSAN/PON/Switch
Рис. 3.9. Применение модели C-VLAN для распространения
трафика групповой рассылки
Данная проблема решается за счет использования гибридной
схемы, где для одноадресного (Unicast) трафика по-прежнему
используется С-VLAN, а для передачи широковещательного
телевизионного трафика используется выделенный S-VLAN, часто
называемый Multicast-VLAN (M-VLAN) (рис. 3.10).
44
Подписчик №1 CVLAN
Подписчик №2 CVLAN
Подписчик №3 CVLAN
MSAN/PON/Switch
IPTV MVLAN
Рис. 3.10. Применение гибридной схемы
Стандартом IEEE 802.1Q предусмотрено, что номер VLAN
может принимать значение от 0 до 4095, и в модели C-VLAN это
очень быстро приведет к ограничению, которое не позволит на
отдельном порту BSR собрать более 4095 подписчиков.
Выходом из положения является использование сразу двух внутреннего (inner) и внешнего (outer) - тэгов VLAN, как показано
на рис 3.11. Внешний тэг идентифицирует устройство доступа, он
снимается или добавляется в заголовок Ethernet-кадра
коммутатором
при
получении
или
отправки
трафика
соответствующему MSAN/GPON/коммутатору доступа.
45
Ethernet Header
VLAN Tag VLAN Tag Ether Type Network Header (IP)
Application Payload
Outer VLAN tag
- Identifies MSAN
- Added/removed by switch
Inner VLAN tag
- Identifies subscriber
- Added/removed by MSAN
MSAN
Узел
доступа
Узел
агрегации
BRAS
Рис. 3.11. Использование двух - внутреннего (inner) и внешнего
(outer) - тэгов VLAN
Внутренний тэг определяет номер CVLAN и соответственно
подписчика, подключенного к устройству доступа. Данный
механизм широко используется в операторских сетях ШПД и
определен стандартом IEEE 802.1ad, который является
расширением для IEEE 802.1Q.
Сегодня используются все три топологии, описанные выше. Для
не сложных сервисных моделей в сетях ШПД с большим объемом
широковещательного телевизионного трафика успешно работает и
часто применяется модель S-VLAN.
Кроме того, модель S-VLAN чаще используется операторами,
которые для доступа к различным сервисным платформам
применяют разные сервисные маршрутизаторы. Нередко данная
модель используется операторами, предоставляющими оптовые
услуги IPTV.
Модель C-VLAN больше подходит для сетей, где особо важно
разнообразие предоставляемых услуг (Multiplay), сетей с высоким
уровнем проникновения услуг VoD.
Сравнение моделей «VLAN на абонента» и «VLAN на группу
абонентов» приведено в табл. 3.1.
46
Таблица 3.1. Сравнение моделей «VLAN на абонента» и «VLAN
на группу абонентов»
Критерий
(Параметр)
Организация VLAN
Модель 1:1
C-VLAN
VLAN
на
каждого
абонента
сервисы
Организация сервисов Все
используют
(Internet, IPTV, VoIP)
один
VLAN,
выделенный
для абонента, и
реализуются на
одном
сервисном
устройстве
(BRAS)
Кол-во VLAN в сети Большое
доступа
Обязательное наличие Нет
абонентского устройства
(CPE) под управлением
Общества
Техническая сложность Нет
устройства CPE
Индивидуальные
Модель N:1
S-VLAN
VLAN на
абонентов
группу
Разные
сервисы
могут использовать
общий
VLAN,
возможно
также
выделение
отдельного
VLAN
под каждый сервис.
Разные
сервисы
могут
быть
реализованы на разном
сервисном
оборудовании
Малое
Да, если абоненту
предоставляется
более одного сервиса
Да, если абоненту
предоставляется
более одного сервиса,
то
необходима
поддержка 802.1q
Да, необходимо Нет,
типовая
47
настройки
порта настроить
персональный
коммутатора доступа
номер VLAN
абонента
Требуются
Нет
дополнительные
средства
контроля
абонентов
на
операторском
оборудовании доступа и
агрегации
Поддержка авторизации Да
IPoE
конфигурация портов
Да (port isolation,
DHCP-snooping и т.д.)
Да, при условии, что
коммутаторы доступа
поддерживают Option
82
путем Да,
путем
Запрет локальной ком- Да,
применения функции
мутации
трафика помещения
каждого
Split
Horizon
между абонентами
абонента
в Forwarding
на
отдельный
коммутаторе доступа
VLAN
Поддержка авторизации Да
Нет, так как абоненты
PPPoE с общим паролем
одного VLANа могут
подделать друг друга
Необходимость
Да
Нет
поддержки Q-in-Q на
оборудовании агрегации
провайдера и BRAS
Выполняется
Выполняется
на
Контроль
коммутаторе доступа
использования
IP- на BRAS
с помощью DHCP
адресов абонентами
Snooping,
Dynamic
48
ARP Inspection, IP
Source Guard или на
BRAS
Нет
Единая
точка Да
аутентификации
сервисов абонента
номеру С помощью DHCP
Идентификация порта По
Option 82 или PPPoE
подключения абонента VLAN
Intermediate Agent в
случае спользования
PPP
Any port any service
Нет.
Теоретически
Да
возможно
реализовать,
если
настроена
маршрутизация
на
CPE
По совокупности характеристик C-VLAN является более
предпочтительной по сравнению с S-VLAN.
Таким образом, для абонентов частного сектора наиболее
разумным представляется использование модели N:1, в то время
как обслуживание бизнес-абонентов удобнее осуществлять в
модели 1:1. В одной сети доступа могут применяться обе модели
одновременно.
1.20
Протоколы доступа к сети
Выбор протокола доступа к сети является одним из
центральных вопросов, на который нужно ответить при
проектировании МСПД ШПД. Существуют два подхода решения
этого вопроса. Первый подход заключается в использовании
49
протокола PPP, который хорошо себя зарекомендовал сначала в
сетях dial-up и затем в сетях ШПД с использованием xDSL доступа.
Расширение этого протокола PPP over Ethernet PPPoE успешно
используется для организации PPP-соединение точка-точка через
широковещательную Ethernet-среду.
Второй подход предполагает использование IP протокола,
использующего в качестве канального уровня сеть Ethernet. Этот
подход называют IPoE (IP over Ethernet) в противовес PPPoE. Для
того, чтобы сравнить эти два подхода, обратим внимание на такие
функции BRAS как:
• аутентификацию и авторизацию абонента;
• создание абонентской сессии - виртуального интерфейса в
сторону абонента, применение к этому интерфейсу необходимых
параметров, назначение абоненту IP-адреса;
• передачу во внешнюю систему биллинга
использовании ресурсов (учетной информации).
данных об
Важной особенностью протокола PPP является то, что он был
разработан специально для организации доступа абонентов к сети,
поэтому содержит целый ряд полезных качеств, включая
встроенные средства аутентификации абонентов, механизмы
управления сессией, средства управления IP-адресами абонентов и
т.д. Все это делает его чрезвычайно привлекательным. При
использовании РРР сессия сигнализируется явным образом. На
BRAS всегда создается логический интерфейс, соответствующий
этой сессии, который прекращает свое существование при ее
завершении. Это дает возможность зафиксировать момент начала
работы абонента в сети, момент ее завершения и количество байт,
принятых и переданных конкретным абонентом. Указанные
достоинства делают протокол PPP зрелым и надежным способом
предоставления множества широкополосных услуг.
50
В отличие от PPP, протокол IP, являясь универсальным, не
содержит встроенных средств аутентификации абонентов.
Протокол IP разработан таким образом, что два хоста могут начать
обмен пакетами в любой момент без предварительной организации
сессии. Это затрудняет решение таких задач, как учет трафика,
потребленного абонентом, или ограничение ему скорости доступа в
сеть.
Однако у PPPoE есть и недостатки, ограничивающие
возможности использования этого протокола. Рассмотрим
некоторые из них. Во-первых, обратим внимание на то, что PPP
изначально был предназначен для поддержки одноадресного
(точка-точка) соединения и не предназначен для многоадресной
передачи, например, для передачи широковещательного трафика,
например, IPTV.
Вторым существенным недостатком этого протокола является
то, что в большинстве случаев, STB-приставки и IP-телефоны, не
поддерживают технологию PPPoE.
Все это вынуждает, при
развертывании сети, комбинировать оба протокола, используя
PPPoE для доступа в Интернет, а IPoE для предоставления услуг
IPTV или VoIP.
Отметим еще один недостаток протокола PPPoE. Инкапсуляция
IP пакета в PPP, а затем еще и в PPPoE зачастую делает
невозможным для оборудования сети агрегации и доступа
обработку поля ToS поле в IP-заголовке, затрудняя тем самым
внедрение механизмов обеспечения качества обслуживания в сети.
Указанные соображения привели к необходимости разработки
технологий, протоколов и функций оборудования BRAS,
обеспечивающих управление абонентскими сессиями на базе IPoE,
без применения PPPoE. Этот набор функциональности получил
название IP Sessions и описан в WT-146. В табл. 3.2 приведено
сравнение
методов аутентификации
абонентов PPPoE vs
IPoE.
51
Таблица 3.2. Сравнение
IPoE
методов аутентификации
Критерий
PPPoE
Привычная модель
предоставления
услуг
ШПД
(особенно на рынке
DSL-доступа)
Да,
множество
существующих
сетей
ШПД
применяют PPPoE
абонентов PPPoE vs
IPoE
Технология
набирает
обороты
как
массово
применимая
в
реальных
сетях
ШПД
Возможности
по  Имя
•
IP- или MACаутентификации
адрес абонента.
пользователя/
абонента
•
Идентификатор
пароль.
абонентской линии
 Идентификатор
(по номеру VLAN
абонентской
или с помощью
линии(по номеру
DHCP Option 82).
VLAN или с
•
Имя пользовапомощью PPPoE
теля/пароль: путем
Intermediate
принудительной пеAgent)
реадресации на webпортал.
•
EAPаутентификация
(требуется
поддержка
оборудованием
абонента).
•
DHCP-
52
Контроль состояния С
помощью
сессии
встроенного
механизма PPP LCP
keepalives как со
стороны BRAS, так
и
со
стороны
абонента
Быстрое
обнаружение
недоступности
BRASа
переключение
резервный
Да
и
на
Для аутентификации Да
требуется
специальная
настройка
клиентского
оборудования
Простота
поиска Да
неисправности
(troubleshooting)
Получение IPv4 и Да
IPv6
адресов
в
аутентификация
(требуется
поддержка
оборудованием
абонента).
С помощью ICMP
или ARP ping со
стороны BRAS, со
стороны
абонента
механизм
отсутствует (кроме
истечения
DHCP
Lease Time таймера)
Нет, в среднем для
переключения
абоненту
потребуется ждать
половину
DHCP
lease time, которое
может
составлять
несколько часов
Нет
Нет
Нет
53
рамкахм
одной
сессии
Простота
обеспечения QoS в
сети
доступа
и
агрегации
Передача
дополнительных
служебных
заголовков
Поддержка произвольных
абонентских
устройств
Механизм
назначения
IPадресов абонентам
Нет
Да
Да
Нет
Нет,
необходим Да
PPPoE клиент
BRAS может выдать
адрес
из
пула,
настроенного
на
нем, или запросить
на RADUIS или
DHCP сервере
Да
BRAS
может
являться
DHCPсервером
или
проксировать
запросы на внешний
DHCP-сервер
Требуется
Нет, в случае L3
функционал IGMP
CPE IGMP Proxy
Proxy на CPE
также потребуется
Поддержка
IPv6 Да,
требует По сути, требует
одновременно с IPv4 минимальных
отдельного
дополнительных
«параллельного»
настроек,
PPP внедрения
позволяет
механизма
IP6использовать IPv4 и сессий
IPv6 одновременно в
рамках
одной
PPPoE-сессии
54
Как видно из таблицы, у каждого способа аутентификации
абонентов есть свои преимущества и недостатки. Однозначно нельзя
сказать, что PPPoE лучше IPoE, поэтому решение принимается
индивидуально с учетом важности тех или иных критериев.
1.21
Обобщенные требования к сервисной модели доступа
для подключения квартирных клиентов и механизмам их
выполнения
Учитывая большое число клиентов, которые могут быть
подключены к услугам МСПД, к сервисной модели предъявляются
следующие функциональные требования:
• Независимость от технологии последней мили (GPON, FTTB,
xDSL);
• Any port any service (на каждом порту все виды сервиса);
• Возможность добавления новых сервисов без замены
абонентского оборудования;
• Автоматическая активация сервисов, заказанных клиентом;
• Автоматическая настройка сетевых параметров клиентских
устройств;
• Обеспечение приоритета трафика одних сервисов над
трафиком других;
• Масштабируемость модели при росте абонентской базы;
• Высокий уровень отказоустойчивости;
• Стандартизированные технологии;
• Изоляция абонентов на уровне доступа и агрегации;
• Поддержка IPTV Multicast;
• Предоставление услуг по протоколам IPv4 и IPv6;
• Доступ к услуге через розетку Ethernet RJ-45 в квартире
абонента или устройство с несколькими розетками.
55
Рассмотрим более подробно важнейшие требования и
механизмы их реализации:
 Идентификация по физическому порту подключения
абонента. Означает, что необходимо предоставить полностью
прозрачный для клиента режим, не зависящий от количества
и типа клиентских устройств. Это легко реализовать в
модели C-VLAN, а в модели S-VLAN от оборудования
требуется дополнительные функции (DHCP Option82, PPPoE
IA и т.д.).
 Any port any service. Означает, что любое IP-устройство (ПК,
STB, VoIP-телефон, IP-телевизор и т.д.) может получить
любую услугу независимо от порта подключения к CPE.
Наиболее простой способ реализации такого требования
возможен при использовании L3 CPE.
Качество сервиса. Параметры QoS должны быть настроены
во всех точках, где возможна переподписка. В случае, если у
абонента несколько сетевых устройств, то первая такая точка –
это клиентский маршрутизатор, куда подключаются
устройства. Полагаться на то, что клиент сам правильно
настроит QoS нельзя, поэтому клиентский маршрутизатор
обязательно должен находиться под управлением Общества
(поддержка протокола CWMP) и выполнять маркировку и
приоритезацию трафика.
 Автоматизация сетевой настройки клиентских устройств.
Для оптимизации расходов на эксплуатацию сети ШПД
необходимо обеспечить автоматическую настройку CPE.
Один из способов решения такой задачи – это ACS сервер,
взаимодействующий с CPE по протоколу CWMP (TR-069).
 Универсальная сервисная граница. Решение предоставлять
сервис или нет, а также его параметры определяются в одной
точке, а именно, на BRASе, который получает с RADIUSсервера политики доступа абонента к ресурсам. При таком

56
подходе внедрение новых услуг не потребует ввода в
эксплуатацию новых сервисных маршрутизаторов.
 Резервирование и автоматическое восстановление.
Резервирование подключения необходимо на всех уровнях,
начиная с агрегации и заканчивая сервисными устройствами.
 Исключение влияния абонентов друг на друга. В модели
C-VLAN абоненты изолированы. В S-VLAN от оборудования
требуется дополнительный функционал: DHCP Option82,
PPPoE IA, port isolation, IP source guard, DHCP-snooping и др.
 Зона ответственности Оператора. Ограничивается розеткой
Ethernet RJ-45 или FXS портом при подключении телефона
или устройством SetTopBox для абонентов IPTV (рис 3.12).
57
Зона ответственности
клиента
PC
TV
Зона ответственности
Общества
STB
MPLS cloud
IP Phone
Home router
(optional)
CPE
OLT/
DSLAM/
Access
switch
FXS
Aggregation
BRAS
Phone
MPLS cloud
PC
Access
switch
Aggregation
BRAS
MPLS cloud
Home
router
PC
Aggregation
Access
switch
BRAS
Рис. 3.12. Разделение зоны ответственности между клиентом и
Обществом
1.22
Резюме
При планировании развития сети необходимо дать ответ на ряд
принципиальных вопросов, среди которых важнейшими являются
следующие:
 выбор технологии подключения конечных пользователей к
узлам доступа;
 решение вопроса о количестве сервисных границ: с единой
сервисной границей (single-edge) или с несколькими
сервисными границами (multi-edge);
58
 выбор модели использования VLAN в сетях доступа и
агрегации: «VLAN на пользователя» и «VLAN на сервис/
группу пользователей»;
 Выбор протокола доступа к сети: PPP over Ethernet или IP over
Ethernet;
 Решение вопросов аутентификации и авторизации абонентов;
 Выбор режима работы CPE – в режиме коммутатора или в
режиме маршрутизатора.
59
КОНВЕРГЕНЦИЯ ФИКСИРОВАННОЙ И МОБИЛЬНОЙ
СВЯЗИ
1.23
Понятие конвергенции в телекоммуникациях
Термином «конвергенция» (от латинского convergo "сближаю") – означает
процесс сближения, схождения (в
различных
смыслах),
компромисса,
стабилизации
[30].
Применительно к телекоммуникациям, процесс сближения
продуктов или технологий. Как результат, могут появиться новые
устройства, услуги, сервисы, предоставляющие либо новые
возможности, либо более выгодные условия использования.
Под термином Fixed Mobile Convergence (FMC) понимают
конвергенцию фиксированной и мобильной связи. Ее реализация
способствует, с одной стороны, повышению доходов операторов, с
другой - удовлетворению растущих требований конечных
заказчиков, которые ориентированы на мобильные и IP-технологии
[31,32].
Идея конвергенции FMC состоит в том, чтобы тем или иным
образом совместить оба вида доступа в рамках одной услуги. FMC
является механизмом обеспечения одного из свойств сетей
следующего поколения (NGN) — обобщенной мобильности
(Generalized Mobility), которая состоит в предоставлении
пользователю возможности получать любую услугу в любом месте
через любую сеть с любого терминала. Тем не менее FMC, будучи
термином общеупотребляемым, может иметь разные значения,
которые касаются потребителей услуг, операторов, собственно
услуг и сетевых технологий. В числе основных аспектов FMC
можно выделить следующие:
• «единый счет» — предоставление абоненту единого счета за
услуги мобильной и фиксированной связи;
60
• «единый номер» — возможность вызова абонента по единому
идентификационному коду независимо от того, подключен он к
сети фиксированного доступа, мобильного доступа или к обеим;
• «единый терминал» — возможность доступа к услугам как
через сеть мобильной связи, так и использованием многорежимных
терминалов, способных взаимодействовать с сетями обоих типов;
• «бесшовная» передача вызова при перемещении между
сетями;
• в идеале — повсеместная доступность услуг (возможность
пользоваться практически любыми услугами в любом месте с
любого терминала с учетом ограничений, которые накладывают
используемая технология доступа и тип терминала).
Наиболее реальной и выигрышной FMC оказывается для
операторов, владеющих сетями обоих типов. Важнейшим
необходимым условием внедрения FMC является наличие
двухрежимного терминала, который, кроме мобильной связи,
поддерживает
один
из
беспроводных
стандартов
нелицензированного мобильного доступа, как правило, Wi-Fi.
FMC включает в себя три уровня [30]: промышленная
конвергенция,
конвергенция
сетей;
конвергенция
услуг;
конвергенция приложений.
1.24
Промышленная конвергенция
Первоначально телефонная сеть, радио и телевидение,
интернет-индустрия существовали отдельно друг от друга, имея
свою специализированную инфраструктуру для предоставления
соответствующих услуг. В ходе научно-технического прогресса,
эти вроде бы независимые отрасли сливаются и конкурируют в
одном и том же пространстве распространения цифрового контента
[30] (рис. 4.1, табл. 4.1). И для таких изменений есть две причины.
Первая – это то, что аналоговый контент заменяется цифровым. В
результате этого контент, принадлежащий любой компании,
61
переводится из аналоговой формы в цифровую, а затем
упаковывается в мелкие компоненты, которые называются
пакетами. Вторая причина заключается в том, что сетевая
инфраструктура сближается с универсальной сетевой технологией,
базирующейся на интернет-протоколе (IP) с пакетной коммутацией,
так как эта технология способна эффективно переносить пакеты
данных. Естественно, весь контент, такой как голос, видео и
данные, передается через универсальную сеть. Телефония стала
«приложением» в Интернете (IP-телефония). Телевидение также
стало «приложением» в Интернете (интернет-телевидение), да и
сам Интернет, который в прошлом плохо поддерживал трафик в
реальном времени, сейчас подвергается трансформациям, чтобы
подобный трафик осуществлялся без потери качества услуги.
Индустрия телефонной связи, индустрия вещания и интернет
индустрия совпадают в области распространения цифрового
контента, что ведет к появлению новых моделей ведения бизнеса.
Интернет
Промышленная
конвергенция
Объединённый контент и доставка услуг
Телефонная
связь
Информационные
средства
Рис. 4.1. Промышленная конвергенция
Таблица 4.1. Результаты промышленной конвергенции
Услуга/ сервис
Телефонная
(голос)
В прошлом
На данный момент и
в будущем
связь Специализированная Передача
голоса
сеть коммутируемых является
каналов для передачи приложением
в
62
голоса
Вещание
(телевидение)
Интернете
Специализированная Телевидение
вещательная сеть для является
телевидения
приложением
в Интернете
Интернет
(данные)
1.25
Сеть с коммутацией
пакетов,
разработанная
для
приложений,
работающих
в
модельном времени:
электронная
почта
(e-mail), всемирная
сеть (Web)
Сеть, расширенная
до поддержки
приложений,
работающих
реальном
времени:
видео
голос
в
и
Конвергенция устройств
Отличительной особенностью современной бытовой техники
является многофункциональность.
Например, портативный
компьютер лэптоп оснащен микрофоном, колонками, камерой и
другими электронными составляющими, которые предоставляют
возможность телефонии, видеоконференций по Интернету
(используя приложения Skype, Yahoo! Messenger, GTalk и др.) в
дополнение к стандартным приложениям, таким как навигация по
всемирной сети, мгновенный обмен сообщениями и электронная
почта. То, что несколько лет назад было всего лишь мобильным
телефоном, сейчас также может выполнять функцию фотоаппарата,
видеокамеры,
MP3-плеера,
AM/FM
радио,
электронного
органайзера, игровой приставки, телефона, устройства для
навигации по всемирной сети, устройства для отправки
мгновенных сообщений, а в некоторых случаях и устройства для
просмотра телевидения (рис. 4.2, табл. 4.2). В результате
63
конвергенции, устройства становятся многофункциональными и
более мощными.
Телефон и КПК
Телевидение
и радио
Mp3-плеер
Конвергенция
устройств
Мобильный телефон
Интернет
и видео
Видеокамера
Рис. 4.2. Конвергенция устройств
Таблица 4.2. Результат конвергенции устройств
В прошлом
На данный момент и
в будущем
Лэптоп
Использовался
для Используется
для
навигации по всемирной сети навигации
по
и для электронной почты
всемирной сети и для
электронной почты +
голосовая
связь,
видео
Мобильный
телефон
Использовался
совершения
звонков
для Используется
как
телефонных телефон + навигация
по всемирной сети,
электронная почта,
мгновенный обмен
сообщениями,
фотоаппарат, видео,
MP3
плеер,
AM/FM-радио, КПК
и др.
64
1.26
Сетевая конвергенция
Сетевые инфраструктуры, которые использует телефонная
(телекоммуникационная)
индустрия,
телевизионная
(медийная/вещательная) индустрия и интернет существенно
отличались друг от друга [30] (рис. 4.3, табл. 4.3).
Телефон и КПК
Mp3-плеер
Конвергенция
устройств
Телевидение
и радио
Мобильный телефон
Видеокамера
Интернет
и видео
Рис. 4.3. Сетевая конвергенция
Таблица 4.3. Результат сетевой конвергенции
В прошлом
Сетевая
технология
На данный момент и
в будущем
Сеть асинхронной системы Сеть
IP/MPLS
передачи (ATM)
является
общей
связи
Сеть ретрансляции кадров технологией
без переприема.
(сеть Frame relay)
Кабельная сеть / сеть DSL
Сеть IP
Специализированное
управление сеансом связи
65
Общий
уровень
соединения,
базирующийся
на
протоколе
IMS,
позволяет совмещать
приложения
С точки зрения сетевой инфраструктуры, изолированные друг
от друга фиксированные и мобильные сети обычно строят так как
показано на [33] рис. 4.4.
Mobile Network
Mobile
Services
Internet
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис. 4.4. Оказание услуг через изолированные друг от друга сети
фиксированной и мобильной связи
При этом фиксированные сети, как правило, принадлежат и
управляются операторами фиксированных сетей, предлагающих
для своих абонентов такие услуги как Triple-Play. В
противоположность, мобильные сети, обычно принадлежат и
управляются оператором мобильной связи, который также
предлагает свои специализированные услуги своим абонентам.
Заметим, что одни и те же абоненты получают услуги и у оператора
сотовой связи и у оператора фиксированной сети ШПД. Обратим
внимание также на то (исторически так случилось), что даже в
случае конвергентного оператора сотовой сети, фиксированная и
мобильная связь, зачастую работают изолированно друг от друга.
66
Поставщики услуг, предлагающие как фиксированные, так и
мобильные услуги, могут извлечь выгоду за счет использования
общей сетевой транспортной инфраструктуры
для передачи
обоих видов трафика [33], так как это показано на рис. 4.5.
Mobile Network
Mobile
Services
Internet
Common
transport
Fixnet
Services
Fix Network
Рис. 4.5. Совместное использование
мобильной сетью общего транспорта
Broadband
forum
фиксированной
и
Хотя это часто представляет собой значительную
организационную и техническую задачу, снижение затрат может
быть значительным. Это достигается за счет снижения сложности
управления сетью, удаления избыточность, а также с помощью
обеспечения лучшего планирования пропускной способности и
более гибкого выделения ресурсов. Эти усовершенствования
способствуют сокращению CAPEX - капитальных и OPEX эксплуатационных затрат.
67
1.27
Конвергенция услуг
Первоначально, сервисы, предлагаемые фиксированными
сетями ТфОП, СКТ, СПД, мобильными сетями существовали
отдельно друг от друга. Однако с введением новой технологии,
позволяющей осуществить унифицированную связь через эти сети,
потребители ожидают получить доступ к тем же самым сервисам
(голосовая связь, электронная почта, обмен сообщениями и так
далее) и контенту (всемирная компьютерная сеть, видео, аудио) в
любое время отовсюду, используя любое устройство (портативный
компьютер лэптоп, телевизор, мобильный телефон) с неизменно
высоким качеством услуги (рис. 4.6, табл. 4.4) [30]. Кроме того,
клиенты не только рассчитывают на то, что они могут получать
услуги в любой точке, используя любое устройство, но они также
ожидают бесперебойного мобильного доступа к контенту/услугам
из одной сети в другую без ухудшения качества услуг. Люди хотят
получать доступ к своим услугам и контенту в любое время
отовсюду, используя любое устройство.
Рис. 4.6. Конвергенция сервисов
Таблица 4.4. Результат конвергенции сервисов
В прошлом
На данный момент и
в будущем
Голосовая связь только по Голосовая
связь,
стационарным телефонам электронная почта,
обмен сообщениями
отовсюду, используя
68
любое устройство
(мобильный телефон,
лэптоп, телевизор)
Электронная почта только
Общая
адресная
по Интернету/ПК
книга
для
коммуникации
Обмен
сообщениями
только
через
Бесперебойная
СМС/мобильную связь
услуга мобильного
Отдельная адресная книга
доступа из одной
для
стационарного сети в другую
телефона,
электронной
почты
и
мобильных
телефонов
Контент
Доступ во всемирную сеть Доступ
во
только через Интернет/ПК всемирную
сеть,
видео,
аудио
на
любом
устройстве
(лэптоп,
телевизор,
мобильный телефон)
Видео
только
телевизору
по отовсюду
Аудио только по радио,
69
Бесперебойный
мобильный доступ к
контенту с одного
устройства/сети на
другое
через CD - плеер
Например, как показано на рис. 4.7, 4.8 и при телефонном
звонке используется сеть сотовой связи, когда это единственная
сеть, к которой есть доступ, и используется беспроводная сеть
WiFi, когда к ней есть доступ в дополнение к сети сотовой связи.
Фактически переключение между сетью сотовой связи и
беспроводной сетью WiFi происходит бесперебойно без
прерыв
ания
телефо
нного
звонка
[30].
Рис. 4.7. Голосовой/видеовызов с использованием сети сотовой
связи
70
Рис. 4.8. Голосовой/видеовызов бесперебойно переключается
на беспроводную сеть WiFi
На рис. 4.9 и 4.10 показано, как видео, просматриваемое в
поезде с маленького экрана мобильного телефона, бесперебойно
переключается на телевизор с большим экраном, когда
пользователь приходит домой. Это пример бесперебойного
мобильного доступа к контенту.
Рис. 4.9. Просмотр фильма на мобильном телефоне
71
Рис. 4.10. Бесперебойное переключение фильма с маленького
экрана мобильного телефона на телевизор с большим экраном
В то время как конвергенция сервисов открывает
беспрецедентные возможности для провайдеров услуг связи (CSP),
предлагая новые совмещенные услуги, требующие дополнительной
абонентской платы, она же заставляет беспокоиться поставщиков
контента, потому что то, что когда-то было защищенным
контентом в их сети, может утратить свою защищенность из-за
отсутствия общего решения относительно его безопасности,
которое охватывало бы объединенную сеть.
1.28
Конвергенция приложений
Конвергенция приложений [32]– это процесс доставки
приложений через множество различных сред передачи в формате,
учитывающем различие скоростей доступа, которые эти среды
обеспечивают. Как один из примеров конвергентных приложений
можно назвать одновременную доставку видеопотока на терминал
3G и персональный компьютер через сеть распространения
контента из одного и того же сервисного центра. Более обобщенно,
конвергенция приложений – это предоставление потребителям
услуг голоса, данных и видео через все доступные типы сетей
инновационными методами. Конвергенция приложений дает
72
возможность предоставления
совершенствования маркетинга.
1.29
новых
пакетов
услуг
и
Подключение мобильных абонентов через Wi-Fi и FAP
Важный шаг в направлении к конвергентным сетям FMC
связан с эволюцией смартфонов и увеличением зоны охвата за счет
появления точек доступа в жилых домах, на предприятиях, в местах
досуга и развлечения, на транспорте, других местах массового
скопления населения. Перемещаясь по городу, абонент
со
смартфоном, попав домой, теперь может продолжать обслуживание
через WiFi или фемтосоты (рис. 4.11).
Фемтосота представляет собой частную базовую станция
мобильной связи, охватывающую дом или офис. При этом трафик
передается в сеть оператора через фиксированное соединение DSL
или волоконно-оптическую линию. Главные преимущества —
семья или офис получают целую соту в свое пользование, что
обеспечивает пользователям самый высокий, насколько это
возможно, уровень сигнала и максимальную скорость передачи
данных (в обычных «макросотах» покрытие приходится делить с
другими абонентами). При этом качество связи в доме или офисе
оказывается сопоставимым с тем, которое обеспечивает
фиксированное соединение. Особенно привлекательно такое
решение для абонентов, которые по каким-то причинам не могут
пользоваться мобильной связью дома (например, из-за
особенностей рельефа местности или конструкции здания).
Оператор при этом не только расширяет свое покрытие, но и
экономит на отводе трафика из «макросотовой» сети. Непрерывный
рост использования скоростного мобильного Интернета приводит к
тому, что компаниям приходится увеличивать пропускную
способность сетей радиодоступа. Использование фемтосот
позволяет перебросить этот трафик в менее дорогие (и более
73
производительные) кабельные сети. Наконец, открывается
возможность предоставлять так называемые «фемтосотовые
услуги» — например, базовая станция может «чувствовать
присутствие» того или иного пользователя (точнее, его терминала),
перехватывать трафик, идущий в домашнюю сеть или в Интернет, и
обеспечивать «бесшовную» связь терминала с другими
мультимедийными устройствами, которые находятся в доме или
офисе.
Правда, «фемтосотовая связь» имеет свои недостатки, не
последним из которых является необходимость использования
лицензируемого спектра. Есть и чисто технические проблемы,
такие как распределение и согласование используемых полос
множества
передатчиков,
устанавливаемых
по
желанию
пользователей там, где им это удобно, а также качество услуг,
которое невозможно гарантировать в силу того, что соединение
проходит через Интернет.
В этом базовом сценарии FMC фиксированная ШПД хотя и
предлагает
подключение к ресурсам
мобильной сети, но
обеспечивает, с точки зрения QoS, только "лучшее усилие" для
транспортировки пакетов. За счет развертывания в определенных
местах сети
дополнительных точек доступа, может быть
достигнуто определенное улучшение QoS, однако будет далеко от
обеспечения гарантированного QoS / QoE операторского класса
между заданной парой узлов сети. Главным достоинством этого
базового сценария является то, что он не требует дополнительных
мер по модернизации фиксированной ШПД. Такая возможность
подключения к сети мобильной связи может рассматриваться в
виде простого временного доступа. Этот сценарий также может
быть обогащен
дополнительными функциями, такими как
поддержка мобильности, непрерывность сеанса и автоматический
выбор доступа.
74
Некоторые случаи использования сетей требуют мобильности
или даже непрерывности сеанса. В данном сценарии, поскольку
трафик идет через общую сеть, некоторые услуги пакетной
передачи такие, как персональные брандмауэры, услуги по
обогащению заголовка (например, добавление информации
местоположения) могут по-прежнему предоставляться мобильным
терминалам независимо от доступа. Фиксированная ШПД может
обеспечивать различные варианты подключения к ресурсам
мобильной сети. В простейшем случае это может быть обычная
битовая труба. Более сложные случаи будут рассмотрены ниже.
В настоящее время стандарты 3GPP рассматривают различные
возможности подключения мобильных абонентов через другие сети
доступа. Рассматриваются два основных случая использования сеть
доступа сторонних операторов [15,33].
Mobile Network
Mobile
Services
Internet
best effort
traffic only!
•Femto
•WiFi
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис. 4.11. Подключение мобильного абонента через femto и
WiFi
75
В первом случае, сеть доступа рассматривается с точки зрения
информационной безопасности, как ненадежная и предлагается
использовать протокол IPsec, чтобы достичь мобильной базовой
сети. Такой подход позволит пользователю получать услуги
сотовой связи с небольшой зависимостью от фиксированного
оператора.
Во втором случае сети доступа рассматриваются в качестве
доверенных. Доверенный сценарий
дает более конвергентное
решение для совместной работы фиксированной и мобильной связи
и не требует наложения протокола IPsec.
Весьма перспективным решением является использование
домашней базовой станции (фемтосоты) с подключением к
фиксированной сети, которая используется как транзитное
соединение между 3GPP сетью и ядром сети мобильной связи.
1.30
Разгрузка трафика мобильных данных через точки
доступа Wi-Fi и FAP
Трафик данных мобильных сетей растет экспоненциально, и
провайдеры услуг должны эффективно управлять своими сетями,
чтобы отвечать требованиям пользователей [34]. Возможности
эволюции сетей радиодоступа ограничены законами физики, и
какого-то резкого прироста эффективности использования
радиоспектра уже не стоит ожидать. Сети радиодоступа на основе
стандарта 3GPP LTE (Long-Term Evolution) подошли к пределам
закона Шенона. Спектр, доступный для передачи мобильных
данных, является ограниченным и единственным действенным
решением увеличения общей емкости радиосети. Подход состоит в
уменьшении размера ячеек и развертывании технологий малых сот.
Наиболее эффективный путь использования малых сот состоит
в размещении их в зонах, где генерируются значительные объемы
76
трафика данных (торговые центры, стадионы, университетские
кампусы, вокзалы городского транспорта и т.п.), и там, где
пользователи проводят большую часть их времени и потребляют
большое количество трафика (дома, в офисе и т.п.).
Wi-Fi, как одна из технологий малых сот, выглядит для многих
операторов эффективной по затратам для оффлоада огромных
объемов трафика мобильных данных с возможностью
предоставления большого количества новых услуг. Технология
несет следующие возможности:
- Широкая распространенность сетей стандарта WiFi 802.11;
- Доступность пользовательских устройств с поддержкой
стандарта Wi-Fi;
- Эффективность по затратам;
- Возможности предоставления сервиса новым пользователям и
устройствам без мобильной подписки (без необходимости
использования SIM-карты);
- Глобально доступные частоты WiFi;
- Наличие стандартов для интеграции сетей Wi-Fi 802.11 в
пакетную корневую часть мобильных сетей.
Стандарты 3GPP (The Third-Generation Partnership Project)
разделяют два типа WiFi-доступа, также известного как не-3GPP
IP-доступ, на:
- Недоверенный доступ стандарта WiFi. Включает любой тип
доступа/устройства Wi-Fi, который не контролируется оператором
(публичный открытый хотспот, домашний Wi-Fi маршрутизатор
абонента и тп) или варианты с недостаточным уровнем
безопасности (аутентификации, шифрования и т.п.).
- Доверенный доступ стандарта WiFi. Данный тип доступа
относится к сетям стандарта Wi-Fi, которые построены самим
77
оператором с обязательным шифрованием радиоканала
использованием сильных методов аутентификации.
и
Потенциально,
услугами
конвергентной
сети
могут
пользоваться большее число пользователей, чем услугами отдельно
мобильной и отдельно фиксированной сети, а трафик в
конвергентной сети может проходить и обрабатываться большим
числом сетевых устройств. Следовательно, желательно принимать
правильные решения об оптимальной маршрутизации трафика,
чтобы избежать ненужной обработки, а, следовательно, и затрат на
его передачу и обработку. Есть возможности оптимизации этого
процесса. Точки FAP часто предоставляют
богатый набор
функции контроля пакетов, обычно не применяемых в
фиксированных сетях. Если такой контроль
может быть
эффективным, то это позволяет избежать прохождения через
мобильную сеть трафика от 3GPP-UE.
В сценарии с Femto, (см. рис. 4.12) предусмотрена функция
SIPTO (Selected IP Traffic Offload), что переводится как «Разгрузка
Избранным IP-трафиком». SIPTO позволяет интернет-трафику из
фемтосоты поступать через фиксированную сеть, сразу же в сеть
Интернет, минуя мобильную сеть оператора. В случае, если
пользовательским устройствам в домашней сети потребуется
доступ к локальным устройствам, например к принтеру, то это
должно
осуществляться
локально,
без
привлечения
инфраструктуры оператора.
78
Mobile Network
Mobile
Services
Internet
Offload
Local IP
Access
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис. 4.12. Интернет-трафик из фемтосоты поступает через фиксированную сеть, сразу же в сеть Интернет, минуя мобильную сеть
оператора
1.31
Управление клиентской базой
Если оператор осуществляет эксплуатацию
как сети
фиксированного, так и сети мобильного доступа, то объединение
базы данных пользователей дает ряд преимуществ, таких как
сниженная OPEX, упрощение биллинга, улучшение качества
обслуживания клиентов через единый счет и возможность
предлагать тарифные пакеты, в том числе на
сервисы
фиксированной и мобильной связи.
Пример использования
проведен на рис. 4.13.
объединенной
79
клиентской
базы
Mobile Network
Mobile
Services
Internet
Common
user
database
•Femto
•WiFi
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис 4.13. Использование объединенной базы данных пользователей
услуг фиксированной и мобильной сетей
1.32
Одновременный мультидоступ
Если оконечное устройство имеет доступ и к фиксированной и
к мобильной сети доступа, то было бы логично обеспечить
возможность использовать обе сети одновременно (рис 4.14).
80
Mobile Network
Mobile
Services
3GPP
Access
Internet
WiFi
Access
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис. 4.14. Оконечное устройство имеет доступ
фиксированной и к мобильной сети доступа одновременно
и
к
Если такая возможность
будет реализована бесшовным
способом, то одновременный мультидоступ обеспечит более
высокую общую пропускную способность, более высокую
надежность сети и позволит предоставлять различные услуги с
использованием различных способов доступа. Если оба способа
возможны одновременно, то такой подход может быть использован
для предоставления услуг связи в режиме реального времени с
помощью мобильного доступа и услуг передачи данных большого
объема по фиксированной сети доступа.
Большинство современных терминалов с возможностью
подключения к сотовой сети имеют два радиомодуля, которые
работают параллельно и позволяют осуществлять одновременный
мультидоступ через мобильную сеть 3GPP и фиксированную сеть
BBF. Следует отметить, что в этом сценарии терминал имеет два
интерфейса IP, по одному для каждого вида доступа.
81
1.33
Политика контроля и управления ресурсами
Важным аспектом пакетной сети является контроль
использования ресурсов. С одной стороны, это очень важно для
того, чтобы обеспечить для каждого приложения необходимое
качество обслуживания. С другой стороны, для поставщиков услуг
также важно оптимальное управление ресурсами в соответствии с
бизнес-политикой компании. Без надлежащего контроля за
качеством обслуживания, с учетом с бизнес-политики компании, ни
один оператор не может обеспечить задержку или пропускную
способность чувствительных приложений, таких как телефония или
видео, и не может обеспечить справедливое использование своих
сетевых ресурсов. Политика контроля межсетевого взаимодействия
также позволяет предоставлять услуги с добавленной стоимостью,
такие как родительский контроль и
фильтрацию вирусов
независимо от режима доступа (рис. 4.15).
Mobile Network
Mobile
Services
•Femto
•WiFi
Smart pipe:
echanced with Policy
and QoS support
Internet
Fixnet
Services
Fix Network
Broadband
forum
Рис. 4.15. Политика контроля и управления ресурсами сети
82
Политика контроля и управления ресурсами сети позволяет
обеспечить одинаковое качество обслуживания для абонентов,
независимо от способа подключения, и постоянный контроль со
стороны оператора за использованием ресурсов сети.
1.34
Представление о полной конвергенции
На рис. 4.16 проиллюстрирован сценарий, при котором все
вышеперечисленные функции реализуются с помощью единого
конвергентного решения. Перечислим основные его принципы:
 Единая абонентская база данных идентифицируется, позволяя
клиентам использовать их учетные данные для доступа к
любой службе или доступу.
 Функция контроля общей политики, управляющая ресурсом,
используется во всех доступах универсальным способом.
 Используется единая, конвергентная транспортная сеть под
объединенным
управлением
со
стороны
оператора
конвергентной сети.
В зависимости от бизнес-моделей и соглашений между
поставщиками услуг, уровень конвергенции может быть
различным. В случаях, если полная конвергенция не достижима,
необходимо предусмотреть взаимодействующие функции.
83
•Femto
•WiFi
Converged Network
with converged...
•User Data
•Identity Mgmt
•Transport
•Policy Control
•Mobility
•Application
•...
Internet
Services
Рис. 4.16. Единое конвергентное решение
1.35
Примеры использования межсетевого взаимодействия
между стационарной связью следующего поколения и
беспроводным доступом 3GPP
На рис. 4.17
показаны все возможные варианты путей,
которые могут быть инициированы или использованы устройством
3GPP UE, принадлежащему абоненту, проживающему в жилом
доме. Эти пути могут использовать для передачи всего или части
трафика данных соответствующего 3GPP-UE. В зависимости от
используемого
случая
3GPP-UE
может
использовать
последовательности и/или комбинации путей передачи данных.
Рассмотрим некоторые характерные точки на этом рисунке [33]:
84
Рис. 4.17. Варианты организации пути передачи данных
а) Подключение к БС. Устройство 3GPP-UE подключается к
БС RAN 3GPP и осуществляет информационный обмен по
радиоканалу;
b) Устройство 3GPP-UE имеет доступ к фемтосоте - FAP или
Wi-Fi;
с) Через эту точку потоки от устройств
3GPP-UE,
подключенные через точки (а) и (b), направляются к приложениям
соответствующего сетевого оператора 3GPP или дополнительных
услуг (например, услуг на базе Интернета);
d)
Через эту точку потоки от устройств
3GPP-UE,
подключенные через точки (а) и (b), направляются к приложениям
соответствующего BBF или оператора сотовой сети или
дополнительных услуг (например, услуг на базе Интернета);
e) FM-интерфейс между фиксированной и мобильной сетью.
Можно выделить следующие два варианта его использования. В
первом случае через него протекают потоки, направляемые в сеть
85
3GPP от устройств, подключенных к точке (b). Во втором, через
него протекают потоки, направляемые к сети BBF, от устройств,
подключенных к точке (а);
f) Проводной Локальный доступ. Потоки от устройств 3GPPUE, подключенных к точке (b), направляются на локальные
устройства через RG.
1.36
Резюме
Под термином Fixed Mobile Convergence (FMC) понимают
конвергенцию фиксированной и мобильной связи. Ее реализация
способствует, с одной стороны, повышению доходов операторов, с
другой - удовлетворению растущих требований конечных
заказчиков, которые ориентированы на мобильные и IP-технологии.
Наиболее реальной и выигрышной FMC оказывается для операторов, владеющих сетями обоих типов. Важнейшим необходимым
условием внедрения FMC является наличие двухрежимного терминала, который, кроме мобильной связи, поддерживает один из беспроводных стандартов нелицензированного мобильного доступа,
как правило, Wi-Fi.
В зависимости от бизнес-моделей и соглашений между
поставщиками услуг, уровень конвергенции может быть
различным. В случаях, если полная конвергенция не достижима,
необходимо предусмотреть взаимодействующие функции.
86
АРХИТЕКТУРА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СПД РТК
1.37 Структура СПД РТК
Сеть СПД РТК строится на основе иерархии из трех уровней
(Техническая политика расширения сети передачи данных IP/MPLS
ОАО «Ростелеком» с миграцией услуг Макрорегиональных
филиалов в автономную систему 12389) [1]:
• Уровня ядра;
• Регионального уровня;
• Сервисного уровня.
Уровень ядра состоит из Магистральных Транзитных Узлов
(МТУ), в состав которых входят маршрутизаторы ядра CR (Core
Router), магистральные узлы соединены агрегированными каналами
высокой пропускной способностью (10G и выше). Основной задачей
узлов уровня ядра является агрегирование трафика региональных
узлах (РУ), находящихся на региональном уровне, и коммутация
транзитного трафика между РУ по высокоскоростной магистрали.
Региональный уровень иерархии состоит из маршрутизаторов,
подключенных непосредственно к CR-ам и расположенных на РУ.
Исторически эти маршрутизаторы носят название RGR-ов.
Маршрутизаторы регионального уровня предназначены для
оказания услуг абонентам B2O и агрегации каналов от устройств
сервисного уровня.
На сервисном уровне располагаются BPE и BRAS-ы,
оказывающие услуги для абонентов сегментов B2B, B2O и B2C.
Устройства сервисной границы могут находиться как на тех же
площадках, что и RGR-ы регионального уровня, так и выноситься за
их пределы для организации отдельных точек предоставления услуг
– сервисных узлов (СУ).
Устройства
регионального
и
сервисного
уровней,
расположенные в границах одного региона (субъекта федерации),
87
формируют региональный сегмент магистральной сети. Связь между
региональными сегментами (маршрутизаторами регионального и
сервисного уровней, расположенных в разных регионах)
осуществляется только через устройства уровня ядра. Прямые связи
между устройствами регионального и сервисного уровней,
принадлежащих разным регионам, не строятся.
1.38 Уровень ядра
Уровень ядра магистрального сегмента Сети служит для
решения следующих основных задач:

обеспечение высокоскоростной передачи агрегированных
потоков трафика между узлами регионального уровня;

транспортировка как unicast и multicast пакетов IPv4/IPv6,
так и MPLS пакетов (P функциональность);

предоставление различных классов обслуживания для
передаваемого трафика;

обеспечение отказоустойчивости связи;

обеспечение
возможности
наращивания
производительности сети;

предоставление услуги доступа к сети Internet особо
крупным клиентам-операторам связи ОАО «Ростелеком»;

подключение пиринг-партнёров федерального уровня и
вышестоящих операторов (Upstream).
Структура сети IP/MPLS ОАО «Ростелеком» показана на
рис. 5.1. Как следует из этой схемы, в ядре сети выделяются две
«плоскости» коммутации, путь трафика в пределах каждой из
которых не зависит от другой. Между плоскостями имеются
«каналы-перемычки», по которым может идти часть трафика в
случае аварии или перегрузки в одной или другой плоскости.
Топология сети предполагает, что любой из маршрутизаторов ядра
имеет связи как минимум с двумя другими маршрутизаторами ядра.
88
1.39 Региональный и сервисный уровни
Региональный и сервисный уровни магистральной сети служат
для подключения клиентов магистральной сети, агрегирования сетей
доступа региональных филиалов ОАО «Ростелеком» с целью
передачи трафика по магистральной сети. Подключение клиентов
производится к сервисным устройствам через РСПД региональных
филиалов, а RGR маршрутизаторы выполняют функции агрегации
устройств сервисной границы. Клиенты-операторы связи и пирингпартнеры
макрорегионального
и
федерального
уровней
подключаются к RGR-маршрутизаторам.
Технологические
системы
Уровень ядра
CR-A
CR-A
CR-A
Система мониторинга
и управления
Система контроля
доступа
CR-B
CR-B
CR-B
CR-B
NTP
DNS
Система Анализа Трафика и
Обнаружения Сетевых
Аномалий (САТОСА)
RGR
Региональный
уровень
RGR
RGR
BRAS
BRAS
BPE
Региональный
сегмент 1
BPE
Сервисный
уровень
BRAS
BPE
Комплекс преобразования
сетевых адресов (Network
Address Translation, NAT)
BRAS
BPE
Региональный
сегмент N
Сервисные
устройства
Система распространения
данных (CDN)
Рис. 5.1. Структура сети IP/MPLS ОАО «Ростелеком»
1.40 Организация связи между узлами
Оба RGR маршрутизатора на РУ подключаются только к одной
паре вышестоящих CR маршрутизаторов уровня ядра, равным
числом эквивалентных по пропускной способности каналов.
Для организации физического подключения используются
каналы nx10G или 100G, как это показано на рис. 5.2.
89
Каждый маршрутизатор сервисного узла (BRAS, BPE)
подключается, как минимум, к двум RGR, по возможности
расположенных на разных площадках. Для физического
подключения используются каналы 10 GE или nx10GE, при
агрегации используется одинаковое число 10 GE линков в каждом
агрегате с целью предотвращения перекосов трафика.
К магистральным маршрутизаторам
МТУ2
МТУ1
AS 12389
Пиринг и
сервисы
федерального
уровня
CR
Пиринг и
сервисы
федерального
уровня
RGR
Пиринг и сервисы
макрорегионального
уровня
Региональный
nx10
CR
Уровень ядра
сети РТК
nx10
nx10
nx10
AS 12389
РУ
Пиринг и сервисы
макрорегионального
уровня
nx10
RGR
nx10
Пиринг и
сервисы nx10
регионального
уровня
nx10
nx10
BPE
nx10
AS РФ
уровень сети РТК
nx10
nx10
AS 12389
nx10
nx10
nx10
BRAS
Сервисный
уровень сети РТК
DR2
Сеть агрегации
филиала
nx10
DR1
К маршрутизаторам агрегации РФ
Рис. 5.2. Схема организации каналов между узлами разного
уровня
При наличии в филиале пакетных сетей агрегации их
подключение к СПД РТК осуществляется через маршрутизаторы DR
(Designated Router). Подключение DR к BRAS и BPE
осуществляется прямыми отдельными 10 GE каналами.
Каждый DR подключается выделенным 10G каналом к RGR,
расположенному на ближайшей к нему площадке. Таким образом,
оба DR будут подключены к различным RGR. Этот канал
используется для прямой передачи мультикаст трафика в сеть
филиала.
90
1.41 Резюме
Как видно из приведенных рисунков задача строительства и
модернизации как СПД РФ, так и других сегментов может решаться
по «частям». Это очень важно, поскольку, учитывая масштаб сети,
ее невозможно развернуть одномоментно. Строя и модернизируя
отдельные фрагменты сети, вводя в эксплуатацию новые каналы
связи, можно постепенно этап за этапом перейти к архитектуре,
описанной выше. При этом на каждом этапе строительства и
модернизации сети необходимо выполнить стандартные процедуры
моделирования и системного анализа [1,5].
91
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ РЕГИОНАЛЬНЫХ ФИЛИАЛОВ В ПАО
«РОСТЕЛЕКОМ»
1.42
Целевая архитектура сети
В
результате
реконструкции
укрупненная
схема
модернизированной сети выглядит следующим образом (рис. 6.1).
Из приведённого рисунка видно, что прямые связи между РСПД
различных регионов отсутствуют, а взаимодействие между
клиентами, подключёнными к различным РСПД, осуществляется
через магистральную сеть ПАО «Ростелеком». Материал данной
главы подготовлен на базе материала «ТЕХНИЧЕСКАЯ
ПОЛИТИКА проектирования и строительства сетей передачи
данных региональных филиалов в ОАО «Ростелеком» (Редакция 2)
[1].
Магистральная сеть "Ростелеком"
AS12389
РФ 1
AS V1
РФ 1
AS V1
РФ 1
AS V1
РФ 1
AS V1
Рис. 6.1. Подключение СПД РФ к магистральной сети ПАО
«Ростелеком»
На рис. 6.2 приведена целевая архитектура мультисервисной сети и
показана сервисная граница между СПД РФ и магистральной
сетью. Важно отметить, что оборудование СПД РФ не оказывает
92
услуг клиентам. Задача СПД РФ состоит в обеспечении транспорта
клиентского трафика к сервисным устройствам AS 12389.
Единая сеть
AS 12389
CR
RGR
RGR
А5-12389 (КЦ)
CR
GGSN/
P-GW
BPE
BRAS
DR
DR
АS-РФ
Дополнительные
сервисные
устройства на
территории РФ
(BRAS, BPE, RAS)
Сеть агрегации РФ
Рис. 6.2. Целевая архитектура сети
AS 12389:

Содержит все магистральное и сервисное оборудование;

Для всех элементов планируется резервирование на
уровне устройств;

Планируется централизация OSS-система для всей сети
AS РФ;
93

Содержит сети доступа и агрегации РФ (включая MBH);

Присоединение сервисов от РФ к КЦ происходит на
втором уровне (по аналогии с клиентскими подключениями).
Ниже будут подробно рассмотрены содержание компонентов
архитектуры и их взаимодействие. Рассмотрение начнем с
рассмотрения принципов построения РСПД.
1.43
Задачи сетей передачи данных региональных филиалов
Сеть передачи данных регионального филиала должна решать
следующие задачи:
- Транзит L2 трафика B2C и B2B/G абонентов к сервисным
устройствам;
- Оборудование сети РФ не оказывает услуг клиентам, только
транспорт клиентского трафика к сервисным устройствам AS 12389;
- Обеспечение качества обслуживания (SLA) клиентам сети;
- Резервирование клиентского трафика по необходимости с
минимальным временем восстановления сервиса;
- Транзит multicast и VoIP трафика абонентам B2C;
- Транспорт трафика мобильной сети и синхронизации – mobile
backhaul;
- Учёт требований TDM инфраструктуры;
- Снижение операционных и капитальных издержек, вывод из
эксплуатации и замена устаревшей инфраструктуры современными
аналогами;
- Использовать принцип конвергенции сетей (использование
универсального IP-транспорта для передачи всех видов трафика),
что при развертывании сетей (особенно в районах новой застройки)
94
позволит сократить капитальные затраты и операционные расходы
при дальнейшей эксплуатации.
Область применения технической политики распространяется
на оборудование центральных узлов агрегации – DR1/DR2,
региональных маршрутизаторов агрегации – AR, и коммутаторы
агрегации (КА) рис. 6.3. Оборудование сервисной границы не
входит в сеть региональных филиалов.
Сервисная граница
Сеть РФ
DR2
DR1
L2 транзит
PWE
активный
PWE
резервный
AR
Коммутатор
агрегации
Рис. 6.3. Архитектура и оборудование региональной сети
агрегации
1.44
Сервисы сети РСПД
Региональная сеть передачи данных обеспечивает решение
следующих задач:

Транзит L2 трафика B2C и B2B/G абонентов к сервисным
устройствам;
95

сети;
Обеспечение качества обслуживания (SLA) клиентам

Резервирование клиентского трафика по необходимости, с
минимальным временем восстановления сервиса;

Транзит multicast и VoIP трафика Транспорт трафика
мобильной сети и синхронизации mobile backhaul;

Учёт требований TDM инфраструктуры;

Снижение операционных и капитальных издержек, вывод
из эксплуатации и замена устаревшей инфраструктуры
современными аналогами.
Сеть РСПД оказывает сервис транспорта для следующих видов
трафика:

B2B/G: Интернет, VoIP, IPTV, L2/L3 VPN;

B2C : Интернет, VoIP, IPTV;

транспорт трафика мобильной сети Mobile backhaul.
Для обеспечения качества обслуживания, на пакетной сети
РСПД филиалов организуется 5 классов обслуживания для
клиентского трафика. Параметры классов обслуживания и их
назначение описаны в табл. 6.1.
96
Таблица 6.1. Классы обслуживания в сети РСПД
Контроль
соблюдения
контрактны
х
обязательст
в
Название
Рекомендуемое
назначение
RealTime
Передача
Трафик
интерактивного
голоса и видео свыше
контракта
(VoIP, ВКС).
подлежит
B2B/G:VoIP
сбросу
B2C:VoIP
Передача
трафик
потокового видео свыше
Streaming и голоса (IPTV).
контракта
подлежит
B2B/G:IPTV
Вариац
ия
задержк
и (не
более)
Задержка
Скорость
Потеря
(контролируетс восстанов
пактов
Маркировка
я только в
ления
(не
от клиента
пределах сети
сервиса, не
более)
Ростелеком)
более
до
20мс
плюс
время
прохождения
луча (из расчёта
5мкс
на
километр
в
стекле)
50мс
до
20мс
0.25 плюс
время
20мс
%
прохождения
луча (из расчёта
50мс
10мс
0.1
%
EF
или
CS5
AF41 или
CS4
Название
Рекомендуемое
назначение
B2C:IPTV
Business
Critical
Интерактивны
й
трафик
корпоративных
информационных
систем, критичный
к потерям пакетов
и задержкам (SAP,
корпоративные
порталы и все
Контроль
соблюдения
контрактны
х
обязательст
в
сбросу
Вариац
ия
задержк
и (не
более)
Задержка
Скорость
Потеря
(контролируетс восстанов
пактов
Маркировка
я только в
ления
(не
от клиента
пределах сети
сервиса, не
более)
Ростелеком)
более
5мкс
километр
стекле)
трафик
свыше
контракта
не
0.5
будет
нормиру
%
обработан
ется
по
классу
Best Effort
98
на
в
до
40мс
плюс
время
прохождения
луча (из расчёта
5мкс
на
километр
в
стекле)
5с
AF31 или
CS3
Название
Контроль
соблюдения
контрактны
х
обязательст
в
Рекомендуемое
назначение
прочие
приложения
графическим
интерфейсом).
Вариац
ия
задержк
и (не
более)
Задержка
Скорость
Потеря
(контролируетс восстанов
пактов
Маркировка
я только в
ления
(не
от клиента
пределах сети
сервиса, не
более)
Ростелеком)
более
с
B2B/G:Интерн
ет
Business
Normal
Ответственны
й
трафик
корпоративных
информационных
систем
без
интерактивного
взаимодействия с
пользователями
трафик
свыше
контракта
не
0.5
будет
нормиру
%
обработан
ется
по
классу
Best Effort
99
не
нормируется
5мин
AF21 или
CS2
Название
Контроль
соблюдения
контрактны
х
обязательст
в
Рекомендуемое
назначение
Вариац
ия
задержк
и (не
более)
Задержка
Скорость
Потеря
(контролируетс восстанов
пактов
Маркировка
я только в
ления
(не
от клиента
пределах сети
сервиса, не
более)
Ростелеком)
более
не
нормиру
ется
переры
вы
в
AF11 или
обслужива
Default или
нии более
CS1
1часа
должны
(обмен
серверов
приложений
с
базой
данных,
обмен
между
приложениями,
возможно почта)
B2B/G:Интерн
ет
Best
effort
Трафик
низкого
приоритета
блокирующий
работу
организации
трафик
свыше
не суммарного
объёма
контракта
будет
1%
100
не
нормируется
Название
Контроль
соблюдения
Рекомендуемое
контрактны
назначение
х
обязательст
в
(backup, доступ в сброшен
Internet, почта и
др.)
Вариац
ия
задержк
и (не
более)
Задержка
Скорость
Потеря
(контролируетс восстанов
пактов
Маркировка
я только в
ления
(не
от клиента
пределах сети
сервиса, не
более)
Ростелеком)
более
вычитаться
из
тарификац
ии
B2B/G:Интерн
ет
B2C:Интернет
101
1.45
Архитектура сети РСПД
1.45.1 Транспортный уровень
На уровне прокладки волоконно-оптических линий связи
(ВОЛС) сеть строится по кольцевой топологии (рис.6.4). Расстояния
между устройствами AR филиалов часто превышают 50-80 км. Сеть
состоит из нескольких смежных колец, на некоторых участках сети
имеются нерезервируемые «выносы». Для увеличения пропускной
способности
сети
необходимо
использовать
технологию
спектрального уплотнения каналов – DWDM. Для подключения
региональных узлов AR сети РСПД необходимо использовать 2х10
Гбит/с интерфейса. Использование OTN инкапсуляции возможно
только для агрегации TDM трафика, для трафика сети пакетной
коммутации использование OTN не целесообразно.
AR
AR
AR
AR
DR1
AR
AR
AR
DR2
AR
AR
AR
AR
AR
AR
AR
Рис. 6.4. Архитектура транспортной сети РСПД
103
1.45.2 Пакетная сеть
На уровне пакетной сети планируется переход к логической
топологии «двойная звезда» (рис. 6.5). Топология «двойная звезда»
существенно
упрощает
эксплуатацию,
планирование
и
масштабирование сети, позволит снизить операционные издержки и
упростить поиск неисправности в аварийных ситуациях.
Пакетная сеть РФ решает задачи транзита L2 трафика клиентов
Общества к сервисным устройствам магистральной сети AS12389.
Сеть РФ не содержит сервисных устройств и не оказывает услуг
абонентам, обеспечивая только транзит трафика к сервисным
устройствам магистральной сети.
Сервисная граница
Сеть РФ
DR2
DR1
AR
AR
Коммутаторы
агрегации
(КА)
AR
.....
КА
Рис. 6.5. Топология «двойная звезда», организованная на
DWDM
Архитектура городской сети представлена на рис. 6.6.
Оборудование мобильной сети, сети ШПД (коммутаторы доступа,
DSLAM, GPON OLT), B2B/G CE подключаются к коммутаторам
104
агрегации сети РСПД. Коммутаторы агрегации подключаются к
маршрутизаторам агрегации по схеме «звезда». Допускается
объединение (стекирование) коммутаторов агрегации. Коммутаторы
доступа подключаются к коммутаторам агрегации так же по схеме
«звезда» (согласно политике FTTB). Пакетная сеть РФ должна
обеспечивать передачу клиентских IP пакетов размером 1500 байт,
не допустима модификация поля IP TOS клиента. Не допускается
использовать на сети РФ кольцевые топологии на уровне L2, так как
это потребует использование дополнительных мер по защите от L2
«шторма» и усложнение эксплуатации сети. В качестве протокола
IGP сети РФ необходимо использовать протокол ISIS с одним
уровнем иерархии ISIS area.
Подключение узлов пакетной сети осуществляется по «темной
оптике», допускается использование CWDM, если это экономически
целесообразно. При совмещении пакетной коммутации с узлами
DWDM необходимо соответствовать требованиям к коммутаторам
агрегации.
Коммутаторы
агрегации
подключаются
к
маршрутизаторам агрегации (AR) одним или двумя каналами 10 GE.
Управление
пакетными
устройствами
сети
РСПД
(маршрутизаторы и коммутаторы агрегации) рекомендуется
организовывать с помощью служебной сети управления
транспортным DWDM оборудованием – OSC (Optical Service
Channel). При невозможности организации управления по OSC
каналу или по причине отсутствия оборудования DWDM, сеть
управления организуется с помощью стандартных средств, с
логическим, и по возможности физическим, разделением каналов
управления и каналов сети передачи данных.
105
DR1
DSLAMs
DR2
AR
GPON OLT
FTTB сеть
OLT
OLT
B2B/G CE
BS
Node B
eNode B
B2B/G CE
B2B/G CE
BS
Node B
eNode B
BS
Node B
eNode B
Рис. 6.6. Схема организации городской сети агрегации
Структура городской сети на физическом и логическом уровне
должна быть максимально приближенной к матрице прохождения
трафика. В случае недостатка первичной оптики, необходимо
анализировать варианты со спектральным уплотнением и
транзитными маршрутизаторами для выявления оптимального по
стоимости варианта.
Для больших городов, допускается размещение дополнительных
узлов AR для агрегации трафика.
Основная сервисная модель предоставления услуг B2C
абонентам - это использование C-VLAN и туннельного протокола
PPPoE. Схема предоставления услуги доступа в Интернет для B2C
абонентов представлена на рис. 6.7. Абоненты подключаются к
портам коммутатора доступа, для каждого абонента выделяется
отдельный C-VLAN на порту коммутатора доступа. Коммутатор
106
доступа подключается к коммутатору агрегации с помощью порта 1
GE. Коммутатор агрегации добавляет вторую (S-VLAN или
внешнюю) метку к Ethernet пакетам абонентов. S-tag может
добавляться на оборудовании доступа подключенном к КА.
Коммутаторы агрегации подключается к маршрутизатору агрегации
(AR) одним или двумя 10 GE интерфейсами. Допускается
подключать GPON OLT c 10 GE интерфейсами в узел AR. OLT
обслуживающие большое количество абонентов (> 4096) должны
добавлять 2 и более S Vlan метки.
Маршрутизатор агрегации (AR) подключается к двум
центральным маршрутизаторам агрегации (DR1 и DR2) с помощью
10 GE каналов. Для обеспечения резервирования на участке AR - DR
необходимо использовать технологию MPLS Pseudowire. Трафик
B2C, агрегированный на коммутаторе агрегации, доставляется от
AR к DR с помощью выделенного MPLS Pseudowire (PW), каждый
S-VLAN доставляется на DR в отдельном PW. Для резервирования
на случай неработоспособности основного PW на маршруте AR-DR
необходимо использовать заранее созданный резервный (backup)
PW. При неработоспособности основного PW происходит
переключение на резервный MPLS PW, который терминируется на
другом маршрутизаторе DR. Центральные маршрутизаторы сети
агрегации (DR1 и DR2) подключены к сервисным устройствам
BRAS по полносвязной схеме, таким образом, что каждый из DR
подключен ко всем BRAS. Для каждого S-VLAN на узле DR должны
быть доступны два BRAS РФ, это необходимо для резервирования и
балансировки нагрузки на BRAS.
При необходимости резервирования абонентских сессий от
обрыва оптики необходимо использовать «перемычку» между DR1
и DR2 для транзита абонентского PPPoE трафика к интерфейсу
BRAS, на котором изначально терминировались сессии.
107
DR2
DR1
Сервисная граница
dot1Q
AS 12389
Сеть РФ
dot1Q
DR2
DR1
PW Active
PW Backup
AR
S, C-VLAN
Коммутатор
доступа
C-VLAN
C-VLAN
C-VLAN
DSLAM
GPON OLT
Рис. 6.7. Схема сети для предоставления сервиса B2C абонентам
1.46
Резюме
Судя по набранным темпам создания СПД РФ, уже в ближайшее
десятилетие большинство услуг будут оказываться через
мультисервисные сети. Существующие ТфОП [1], Интернет, сети
кабельного телевидения являются односервисными и нуждаются в
коренной реконструкции. Мультисервисная СПД РФ позволит
объединить эти три задачи в одну, решив которую конечный
пользователь получит в одной розетке все три наиболее
востребованные услуги с высоким качеством, а Оператор дополнительный доход за счет предоставления дополнительных
видов услуг, снижая при этом уровень эксплуатационных расходов.
108
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ
И
СИСТЕМНЫЙ
АНАЛИЗ
МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
2.1 Практические возможности системного анализа
2.1.1 Вводные замечания
Учитывая тот факт, что даже региональные МСПД содержат
десятки, а иногда и сотни узлов, они относятся к классу сложных
систем. Моделирование, расчет характеристик и системный анализ
являются обязательными условиями проектирования сложных
систем, даже если узлы сети проектируются на базе серийно
выпускаемого зарубежного или отечественного оборудования [5].
Задачей моделирования является расчет характеристик качества
обслуживания для различных категорий пользователей и
определение эффективности использования каналов и
оборудования при заданных параметрах сети и нагрузки.
Результаты моделирования являются исходными данными для
системного анализа. На основании системного анализа можно
судить не только о приемлемости конкретного проектного решения
построения сети, но и увидеть пути его улучшения. Иногда
достаточно оптимизировать приоритеты для различных видов
трафика или пересчитать маршрутные таблицы.
Однако потребность в моделировании может возникнуть и на
стадии эксплуатации сети. Для того, чтобы сравнить фактические
(измеренные) характеристики с расчетными, а также для того, когда
нужно определить удовлетворяет ли сеть предъявленным
требованиям по каким-либо параметрам и решается вопрос о ее
модернизации. В этом системный анализ позволяет выработать
научно обоснованные рекомендации по развитию и модернизации
сети, причем не обязательно связанные с дополнительными
затратами.
Современные маршрутизаторы и коммутаторы позволяют
оптимизировать работу сети путем поиска оптимальных маршрутов
109
с учетом текущей ситуации, сложившейся на сети, организации
необходимого числа очередей, использования алгоритмов
обработки пакетов, наиболее подходящих для конкретного типа
трафика и многое другое. Однако для того, чтобы воспользоваться
этими возможностями, необходимо научно обоснованное задание
для оптимальной настройки оборудования. А это задание является
одним из результатов системного анализа.
2.1.2 Особенности планирования развития МСПД в
условиях постоянного роста трафика
Известно, что при проектировании сложных систем важно
стараться избежать двух крайностей [35-39]. Крайность первая избыточность ресурсов (например, избыточное число узлов, а
также производительности дорогостоящих маршрутизаторов), что
приводит к неоправданным затратам на развертывание сети и
последующим эксплуатационным затратам. Крайность вторая недостаточность ресурсов (например, пропускной способности
каналов сети), что не позволит обеспечить передачу с заданным
качеством требуемых объемов данных.
Учитывая то, что рост объема передаваемого трафика в Интернет
составляет десятки процентов в год, избыточность ресурсов сети в
начале очередного этапа развития сети может обернуться
недостаточностью тех же ресурсов уже через несколько лет работы.
Операторы, зная статистику роста интернет трафика, планируют
развитие МСПД поэтапно, увеличивая на последующих этапах
производительность оборудования и пропускную способность
каналов, используя, например, системы спектрального уплотнения.
На рост трафика оказывает влияние множество случайных
факторов, поэтому прогноз не может быть абсолютно точным.
Именно поэтому, научные исследования не являются
одноразовыми процедурами. Их необходимо выполнять всякий раз,
когда строятся новые линии связи, а фактически меняется
110
топология сети; когда меняются пропускные способности каналов,
например, при установке систем спектрального уплотнения; когда
вводятся в эксплуатацию мощные ЦОД; когда существенно
меняется нагрузка в сети и в ряде других случаев.
2.1.3 Что интересует лиц, ответственных за развитие и
эксплуатацию мультисервисной сети?
Для лиц, принимающих решение о развитии МСПД, наибольший
интерес представляют ответы на следующие вопросы:
1. Какими будут показатели качества для каждого класса
обслуживания при заданном наборе исходных данных?
Удовлетворяют ли они требованиям (например, по пропускной
способности, задержкам и потерям)?
2. Насколько загружено оборудование (маршрутизаторы,
коммутаторы, шлюзы) и каналы? Есть ли резервы для передачи
дополнительных объемов трафика? Имеются ли узкие места?
3. Как изменятся показатели качества обслуживания сети
при изменениях:
- нагрузки;
структуры
тяготения
(например,
изменения
местоположения ЦОД, шлюзов);
- пропускной способности каналов;
- при отказе оборудования и обрывах кабелей связи?
4. Как изменятся характеристики при перераспределении
пропускной способности между классами обслуживания?
5. Какие участки сети нуждаются в резервировании?
6. Как изменятся характеристики сети при увеличении или
уменьшении на некоторых участках пропускной способности сети?
Ответы на эти и другие вопросы могут быть получены при
использовании моделирования и последующего
системного
анализа.
111
2.1.4 Ожидаемые результаты от моделирования и
системного анализа
Выполнение полноценных работ по
моделированию и
системному анализу для различных сценариев развития МСПД
позволит:
 Рассчитать пропускную способность, надежностные
и
вероятностно-временные характеристики (ВВХ) сети при
передаче различных типов трафика при работе в нормальном
и экстремальном режимах эксплуатации;

Выявить узкие места;

Дать рекомендации по развитию и оптимизации топологии
сети;

Используя принцип разумной достаточности, проверить
отдельные компоненты
сети
на достаточность или
избыточность ресурсов для передачи
заданных объемов
трафика с требуемыми показателями QoS, а также рассчитать
степень загрузки каналов и оборудования;

Предложить гибкий сценарий развития сети с учетом
фактически сложившейся на сегодняшний день ситуации, в
том числе с учетом недостаточности ресурсов сети;


Дать рекомендации для развития смежных подсистем;
Сформулировать требования к настройке маршрутизаторов
для приоритетной передачи трафика.
Для расчета характеристик сетей используется программная
реализация методов расчета, разработанных и описанных в [5]. Для
ввода исходных данных и просмотра результатов расчета
использована иерархическая система меню. Для расчета необходимо
ввести две группы параметров:
Исходные данные:
а) параметры сети (общие):
 S - число классов обслуживания;
112

nu

  { 1 ,.., i ,..,  n u } -

- число узлов;
C  [cijs ]nu nu S
топология, где
i  { j1 ,.., j ,.., j r } ;
- пропускные способности каналов,
выделенные для каждого класса обслуживания;
 w  [ wijs ]n  n  S - число буферов, закрепленных за каждым
u
u
направлением для каждого класса обслуживания;
   {1 ,..,  i ,..,  n }
- маршрутные таблицы для
u
каждого класса обслуживания.
б) параметры нагрузки (для каждого класса обслуживания):
   [ kls ]n n  S - матрица интенсивностей поступления
u
u
пакетов;
   [1,..,  s ,.., S ]S - интенсивность обслуживания.
Результаты расчета для каждого класса обслуживания:
а) показатели качества обслуживания между каждой парой
узлов:
   [kls ]n  n  S - вероятности потерь;
u
u

  [tkls ]nu nu  S -
задержки доставки пакетов;

  [ xkld ]nu  nu  S -
число переприемов (хопов);

Z  [ zkls ]nu  nu  S -
вероятности зацикливания пакетов.
б) среднесетевые показатели:
 ñð , tñð , xñð , zñð .
s
s
s
s
в) нагрузка:
 p  [ ijs ]n  n  S - на каналы;
u

u
u  [ui ]nu -
на оборудование.
г) интенсивности поступления пакетов на ветви сети,
очереди, задержки, блокировки:
   [ijs ]n n  S , o  [ijs ]n  n  S ,  [ ijs ]n  n  S ,   [ ijs ]n  n  S .
u
u
u
u
u
u
u
u
После ввода исходных данных необходимо в главном меню
выбрать режим "Расчет". При этом на экране должна появиться
информация о ходе расчета. После появления сообщения "Сеанс
113
расчета окончен" результаты могут быть просмотрены путем выбора
в главном меню пункта "Результаты".
Ниже рассмотрено применение методов расчета на конкретных
примерах, при подборе которых была учтена архитектура сети,
ориентированная на оказание перспективных услуг связи. Ее
характерной особенностью является наличие единой точки
предоставления услуг. Это означает, что весь трафик должен
проходить через единое устройство, которое обычно называют
BRAS, а сам характер тяготения при этом становится
централизованным.
2.2 Расчет характеристик сети и уровней загрузки каналов
при передаче
по
кольцевой
магистрали
ассиметричного трафика
В настоящем пункте рассчитываются ВВХ сети с кольцевой
топологией при централизованном характере тяготения с
использованием одного класса обслуживания [5]. Одной из самых
востребованных услуг является скоростной доступ в Интернет. Для
расчета будем полагать, что нисходящий поток – объем трафика,
передаваемого из ЦМУ в сторону МУ, в 5 раз превышает
восходящий поток – объем трафика от МУ к ЦМУ. Такие пропорции
подтверждаются путем наблюдения за трафиком на реальных сетях.
На рис. 7.1 приведен пример сети с кольцевой топологией,
содержащей 8 узлов.
При расчете приняты следующие исходные данные:
 число узлов – 8;
 топология – кольцевая (см. ниже матрицу β);
 характер тяготения – централизованный (см. ниже
матрицу γ);
 количество центров тяготения – 1. Номер ЦМУ – 1;
114
 число классов обслуживания – 1;
 тип системы массового обслуживания (СМО),
описывающей систему буфер-канал (СБК) – M/M/1/N;
 длина пакета l pak  1,5  10 4 бит;
 пропускная способность каналов на каждом участке
С=1 Гбит/с;
 трафик между ЦМУ и МУ несимметричный.
Интенсивность поступления пакетов между ЦМУ и каждым
МУ   1104 , между каждым МУ и ЦМУ   2 103 пак/с (см.
ниже матрицу  );
 число буферов на каждое направление   10 .
Результаты расчета
 характеристики качества обслуживания между
каждой парой узлов (см. ниже матрицы ,, X , Z );
 обобщенные результаты расчета: задержки, потери,
расстояния, вероятности циклообразования;
 потоки, уровни загрузок, задержки, очереди,
вероятности блокировок ветвей сети;
 задержки и вероятности доставок пакетов между
ЦМУ и каждым МУ, а также между каждым МУ и ЦМУ.
Распределение задержек, блокировок, вероятностей потерь по
ветвям сети (рис. 7.2); обобщенные результаты расчета: очереди и
уровни загрузок каналов (табл. 7.1).
В табл. 7.1 приведены потоки на ветвях сети, а также
соответствующие им уровни загрузок ветвей, задержки, очереди,
вероятно-сти блокировок. Анализ элементов этой таблицы позволяет
опреде-лить степень загрузки каналов сети, дать рекомендации
проектиров-щикам, например, по увеличению пропускной
способности некото-рых каналов. На вершинах графа указаны
задержки и вероятности потерь пакетов для «нисходящего» и
«восходящего» потоков при передаче между данным МУ сети и
ЦМУ, в качестве которого используется узел 1.
Рис. 7.1. Пример построения магистрали транспортной сети
с кольцевой топологией:
а) - структура тяготения;
б) - топология сети
Таблица 7.1. Потоки, уровни загрузок, задержки, очереди,
вероятности блокировок ветвей сети
(i    j )
cij
(1  2)
1,00 107
(1  8)
ij
ij
oij
 ij
 ij
3,50 104
5, 25 101
1,11 10 0
3,16  105
7,57 10 4
1, 00 107
3,50 104
5, 25 101
1,11  10 0
3,16  105
7,57 104
(2  1)
1, 00 107
7, 0 103
1, 05 101
1,17 101
1, 68 10 5
1, 46 1010
(2  3)
1, 00 107
2,50 104
3, 75  10 1
5,99 101
2, 40 105
3, 42  105
(3  2)
1, 00 107
5, 00 103
7,50  10 2
8,11 10 2
1, 62 105
5, 211012
(3  4)
1, 00 10 2
1, 50 104
2, 25  101
2,90 101
1, 94 10 5
2,56  107
(4  3)
1, 00 107
3, 00  104
4,50  102
4, 71 102
1, 57 105
3, 25  1014
(4  5)
1, 00 107
5, 00 103
7,50  10 2
8,11 10 2
1, 62 105
5, 211012
(5  4)
1, 00 107
1, 0 103
1,50 102
1,52 10 2
1, 52 10 5
5, 68  1019
(5  6)
1, 00 107
1, 0 103
1,50 102
1,52 10 2
1, 52 10 5
5, 68 1019
(6  5)
1, 00 107
5, 00 103
7,50  10 2
8,11 10 2
1, 62 105
5, 211012
(6  7)
1, 00 107
3, 00  104
4,50  102
4, 71 10 2
1, 57 105
3, 25 1014
(7  6)
1, 00 107
1, 50 104
2, 25  101
2,90 101
1, 94 10 5
2,56  107
(7  8)
1, 00 107
5, 00 103
7,50  10 2
8,11 10 2
1, 62 105
5, 21 1012
(8  1)
1, 00 107
7, 0 103
1, 05 101
1,17 101
1, 68 10 5
1, 46 1010
(8  7)
1, 00 107
2,50 104
3,75 101
5,99 101
2, 40 105
3, 42  105
117
(1  2)
(1  8)
ij  5,25 10 ; oij  1,1110 ;
ij  5,25 101; oij  1,11100 ;
 ij  3,16 105 ;  ij  7,57 104.
 ij  3,16 105 ;  ij  7,57 10 4.
1
0
k  1; l  8.
k  1; l  2.
tkl  3,16 105 ; tlk  1,68 105 ;
4
kl  3,57 10 ;lk  1,46 10
tkl  3,16 105 ; tlk  1,68 105 ;
10
kl  3,57 104 ;lk  1,46 1010
(2  3)
(8  7)
ij  3,75 101 ;
ij  3,75 101 ;
(8  1) (2  1)
oij  5,99 101;
ij  1,05 101 ; oij  1,17 101;
oij  5,99 101;
 ij  2,40 105 ;
 ij  1,68 105 ;  ij  1,47 1010.
 ij  2,40 105 ;
 ij  3,42 105.
 ij  3,42 105.
(7  8) (3  2)
ij  7,50 102 ; oij  8,11102 ;
k  1; l  7.
tkl  5,56 105 ; tlk  3,30 105 ;
4
kl  7,9110 ;lk  1,5110
k  1; l  3.
 ij  1,62 105 ;  ij  5,211012.
10
kl  7,91104 ;lk  1,511010
(4  3) (6  7)
(7  8)
1
ij  4,50 101; oij  4,71102 ;
1
 ij  1,57 105 ;  ij  3,25 1014.
ij  2,25 10 ;
oij  2,90 10 ;
 ij  1,94 10 ;
7
 ij  2,56 10 .
(3  4)
ij  2,25 101 ;
oij  2,90 101;
(5  6) (5  4)
5
tkl  5,56 105 ; tlk  3,30 105 ;
ij  1,50 102 ; oij  1,52 102 ;
 ij  1,94 105 ;
 ij  1,52 105 ;  ij  5,68 1019.
 ij  2,56 107.
k  1; l  6.
k  1; l  4.
5
5
tkl  7,49 10 ; tlk  4,87 10 ;
tkl  7,49 105 ; tlk  4,87 105 ;
kl  7,91104 ;lk  1,511010
kl  7,91104 ;lk  1,511010
(4  5)
(6  5)
ij  7,50 102 ;
ij  7,50 102 ;
oij  8,11102 ;
 ij  1,62 105 ;
 ij  5,211012.
k  1; l  5.
oij  8,11102 ;
tkl  9,11105 ; tlk  6,39 105 ;
4
kl  3,50 10 ;lk  1,5110
10
 ij  1,62 105 ;
 ij  5,211012.
Рис. 7.2. Задержки и вероятности доставок пакетов между
ЦМУ и каждым МУ, а также между каждым МУ и ЦМУ;
118
распределение задержек, блокировок, вероятностей потерь по
ветвям сети
Как видно из цифр, приведенных табл. 7.1 и на рис.7.1, уровни
загрузок каналов сети существенно отличаются друг от друга.
Наиболее загруженными являются каналы, непосредственно
подключенные к МЦУ.
2.3 Исследование накопления задержек при передаче пакета
по транспортной сети с кольцевой топологией
Рассмотрим накопление задержек при передаче пакетов между
ЦМУ и всеми остальными МУ сети [5].
При расчете приняты следующие исходные данные:
 топология – кольцевая;
 число узлов – 8;
 характер тяготения – централизованный;
 количество центров тяготения – 1, номер ЦМУ – 1;
 число классов обслуживания – 1;
 тип системы СМО, описывающей СБК – M/M/1/N;
 длина пакета
l pak  1,5 104
бит;
 число вариантов расчета – 2:
вариант 1. Пропускная способность каналов на каждом
участке составляет C=1 Гбит/с. Интенсивности поступления
пакетов между ЦМУ и каждым МУ принимают следующие
значения:
  5 103 ,   10 103 ,   15 103
пак/с;
вариант 2. Пропускная способность каналов на каждом
участке равна C=1 Гбит/с. Пропускная способность ветвей (1-
119
2) и (1-8) удвоена. Интенсивность поступления пакетов между
ЦМУ
и каждым МУ составляет
пак/с;
  15 103
 число буферов на каждое направление
  10 .
Результаты расчета:
 распределение потоков, уровней загрузок, очередей для 3
значений нагрузки. Накопление задержек при передаче пакета
по магистрали сети для варианта 1 (рис. 7.3);
 распределение
потоков,
уровней
загрузок,
очередей.
Накопление задержек при передаче пакета по магистрали
транспортной сети для варианта 2 (рис. 7.4).
На рис. 7.3а показана топология сети, содержащей 8 узлов, а
на рис. 7.3б - 7.3д – соответственно, величины потоков,
поступающих на ветви сети, уровни загрузок каналов, очереди, а
также график, иллюстрирующий процесс накопления задержек при
передаче нисходящего потока между ЦМУ и всеми МУ. На всех
рисунках на осях абсцисс указано расстояние между ЦМУ и МУ в
числе переприемов (хопах). На осях отмечены также ветви,
соединяющие соседние узлы. Так, например, узлы 2 и 8 удалены от
узла 1 на расстояние 1 переприем. Узел 1 соединен с узлом 2 при
помощи ветви (1->-2), а с узлом 8 ветвью (1->-8).
Для данного примера интенсивности
потока) равны
15 103 , 10 103 , 5 103
 kl
(для нисходящего
[пак/с], а интенсивности
восходящего потока) приняты равными
3 103 , 2 103 , 1 103
 lk
(для
[пак/с]. Эти
интенсивности соответствуют режимам большой, средней и малой
нагрузки. Для рассматриваемого случая
k 1,
из графиков, изображенных на рис. 7.3б
а
и
l  [2,8] .
Как следует
7.3в,
наибольшая
120
нагрузка поступает на ветви (1->-2) и (1->-8), а наименьшая - на
ветви (4->-5) и (6->-5).
На рис. 7.3д проиллюстрировано накопление задержек при
передаче пакета по ветвям сети, которая для каждой конкретной
ветви складывается из двух составляющих: времени ожидания в
очереди и времени передачи по каналу. Причем, как видно из рис.
7.3д, вторая составляющая является постоянной и равна частному
от деления размера пакета на скорость передачи по каналу, а первая
определяется уровнем загрузки канала. Наибольшие очереди
пакетов скапливаются на направлениях (1->-2) и (1->-8), а
наименьшие - на
(4->-5) и (6->-5). Это и понятно, поскольку
именно эти ветви характеризуются наибольшей степенью нагрузки.
По мере удаления от ЦМУ очереди «рассасываются», и вклад
удаленных от ЦМУ ветвей в общую задержку сокращается.
Выше было отмечено, что наибольшие очереди пакетов, а,
следовательно, и задержки имеют место на направлениях (1->-2) и
(1->-8).
Поэтому
естественным
предложением
сокращения
задержек является увеличение пропускной способности именно на
этих участках. Такое увеличение может быть осуществлено путем
организации дополнительного физического канала с последующим
объединением его с уже существующим каналом в единый
логический канал. Возможен также переход на предусмотренную
стандартом новую скорость передачи.
121
o [пак]
x [hop]
ij 102 [пак / с]
x[hop]
t 105 [c ]
k  1; l  [2,8]
k ,l  15 103 [пак / с ]
x[hop]
 ij
k ,l  10 103 [ пак / с]
k ,l  5 103 [пак / с]
x[hop]
k ,l  15 103 [ пак / с]
Рис. 7.3. Накопление
k ,l  10 103 [ пак / с ]
k ,l  5 102 [ пак / с ]
x[hop]
k ,l  5 103 [ пак / с ]
задержек при передаче пакета по
магистрали транспортной сети при 3-х значениях нагрузки
122
o[пак]
x[hop]
x[hop]
ij 10 4 [ пак / с]
t 103[c]
x[hop]
k ,l  15 103 [ пак / с ]
 ij
x[hop]
x[hop]
Пропускная способность всех каналов равна 1 Гбит / с
Пропусная способность c1,2  c2,1  c8,1  c8,1  2 Гбит / с, остальных каналов  1 Гбит / с
Рис. 7.4. Исследование влияния увеличения пропускной
способности канала на самом перегруженном участке сети
123
Оценим эффект от увеличения скорости на участках (1->-2) и
(1->-8) в 2 раза (рис. 7.4) . Заметим, что поскольку канал является
дуплексным, то удвоятся также и скорости передачи на участках
(2->-1) и (8->-1). Удвоение скорости привело к тому, что уровень
загрузок наиболее загруженных участков уменьшился с 0,790 до
0,395, что привело к уменьшению очередей на этих направлениях с
3,76 до 0,649 пакетов. Столь существенное сокращение очереди
уменьшило время передачи пакетов между ЦМУ 1 и МУ 2 с
7,14 104 [c]
до 1,12 104 [c], что, в свою очередь, привело к сокращению
задержек между ЦМУ 1 и всеми другими узлами сети.
Обратим внимание также на то, что после удвоения
пропускной способности на участках (1->-2) и (1->-8), наиболее
загруженными стали ветви (2->-3) и (8->-7). Уровень их загрузки
составляет 0,553, а размер очереди - 1,24.
2.4 Исследование влияния на характеристики сети места
отказа каналов
Ранее уже отмечалось, что кольцевая топология наиболее
часто используется при построении сетей на базе оптоволоконных
линий связи. Обрыв волокна в одном месте или выгорание порта не
приводит к нарушению связности сети, поскольку трафик может
быть перенаправлен по обходному маршруту. При обрыве кольца в
двух местах сеть теряет связность, однако, если линейные
сооружения
спроектированы
правильно,
вероятность
такой
ситуации минимальна. Поэтому при расчете будем исследовать
влияние места обрыва кольца на характеристики сети при условии,
124
что обрыв произошел в одном месте. Возможные варианты обрыва
кольца приведены на рис. 7.5. Вариант А соответствует случаю,
когда все ветви находятся в рабочем состоянии, а остальные
варианты
соответствуют обрыву одной из ветвей кольца.
Результаты расчета – зависимости задержек доставки пакетов
между ЦМУ и МУ от места обрыва кольца (для нисходящего
потока) приведены в табл. 7.2.
125
Рис. 7.5. Варианты обрыва кольца
126
При расчете приняты следующие исходные данные:
 топология – кольцевая;
 число узлов – 8;
 характер тяготения – централизованный;
 количество центров тяготения – 1, номер ЦМУ – 1;
 число классов обслуживания – 1;
 тип СМО, описывающей СБК – M/D/1/N;
 длина пакета
 нагрузка
на
l pak  1,5 104
сеть
бит;
–
фиксированная.
Интенсивность
поступления пакетов между ЦМУ и каждым МУ
  7 105
пак/с;
 пропускная способность каналов на каждом участке с=1
Гбит/с;
 число буферов на каждое направление
  10 .
Ниже приведены результаты расчета:
 зависимость задержек доставки пакетов между ЦМУ и МУ
от места обрыва кольца (для нисходящего потока);
 зависимость расстояния в числе переприемов между ЦМУ и
МУ от места обрыва кольца;
 распределение уровней загрузки каналов при исходной
топологии и обрыве ветвей (1-2), (2-3), (3-4), (4-5), (5-6),
(6-7), (7-8) (рис. 7.6 - 7.8.).
Обратим внимание на то, что при обрыве той или иной ветви
может измениться и число переприемов между ЦМУ и МУ.
Зависимость расстояния в числе переприемов между ЦМУ и МУ от
места обрыва кольца представлена в табл. 7.3.
127
Используя табл. 7.2, сравним задержки в передаче пакетов по
магистрали для вариантов А (все ветви находятся в рабочем
состоянии) и В, при котором ветвь (1-8) оборвана. Особенно резко
увеличились задержки при передаче пакетов между узлами 1 и 8.
Если для варианта А они составляли
t1,8  1,94 105 [c ] ,
В задержки возросли до
т.е. увеличение составило 8,2
t1,8  1,59 104 [c] ,
то для варианта
раза.
Таблица 7.2. Зависимость задержек доставки пакетов между ЦМУ и
МУ от места обрыва кольца (для нисходящего потока)
t1,2 [c ]
t1,3[c]
t1,4[c ]
t1,5[c ]
t1,6 [c]
t1,7 [c ]
t1,8 [c]
A
1,94 105
3,70 105
5,34 105
6,88 105
5,34 105
3,70 105
1,94 105
B
3,61105
6,39 10 5
8,72 105
1, 08 104
1, 26 104
1, 43 104
C
2, 79 10 5
5,12 105
7,16 105
9,00 10 5
1, 07 104
1, 23 104
1,59 105
D
2,33 10 5
4,37 10 5
6, 22 10 5
7,92 105
9,51 105
3, 29 10 5
1, 70 105
E
2, 04 10 5
3,89 105
5,59 105
7,18 10 5
5,13 105
3,54 10 5
3,34 10 5
F
1,84 105
3,54 10 5
5,13 105
7,18 10 5
5,59 105
3,89 105
3,54 10 5
G
1, 70 105
3, 29 10 5
9,51 105
7,92 105
6, 22 10 5
4,37 10 5
2,33 10 5
H
1,59 105
1, 23 104
1, 07 104
9,00 10 5
7,16 105
5,12 105
2, 79 10 5
I
1,59 104
1, 43 104
1, 26 104
1, 08 104
8,72 105
6,39 10 5
3,61105
1,59 104
В меньшей степени возросли задержки при передаче пакетов
между узлами 1 и 2. Для варианта А они равны
В-
t1,2  3, 61 105 [c] .
t1,2  1,94 10 5 [c] ,
Увеличение задержек составило 1,86 раза.
для
128
Просматривая строчку таблицы с задержками, видим, что в
наибольшей степени задержки возросли для МУ 6,7,8; в
наименьшей степени – МУ 1,3,4,6. Объясняется это следующим
образом. Если до обрыва расстояние между ЦМУ 1 и МУ 8
составляло один переприем, то после обрыва кольца связность сети
не потерялась, но число переприемов увеличилось до 6. С 2 до 6
единиц возросло число переприемов между узлами ЦМУ 1 и МУ 7
и с 3 до 4 переприемов между ЦМУ 1 и МУ 6. Увеличение числа
переприемов между ЦМУ 1 и МУ 8,7,6 является главной причиной
резкого увеличения задержек при передаче пакетов между
указанными узлами.
Таблица 7.3. Зависимость расстояния в числе переприемов между
ЦМУ и МУ от места обрыва кольца
x1,2
x1,3
x1,4
x1,5
x1,6
x1,7
x1,8
A
1
2
3
4
3
2
1
B
1
2
3
4
5
6
7
C
1
2
3
4
5
6
1
D
1
2
3
4
5
2
1
E
1
2
3
4
3
2
1
F
1
2
3
4
3
2
1
G
1
2
5
4
3
2
1
H
1
6
5
4
3
2
1
I
7
6
5
4
3
2
1
129
Рассмотрим теперь узлы МУ 2, МУ 3, МУ 4 и МУ 6. В
результате обрыва ветви (1->-8) расстояние между ними и ЦУ 1 не
изменилось, а задержки при передаче пакетов существенно
возросли. Для того, чтобы объяснить этот эффект рассмотрим
изменение распределения уровней загрузок
ветвей до и после
обрыва ветви (1->-8). Уровень загрузок ветвей (1->-2), (2->-3), (3->4) практически удвоился, а, следовательно, резко возросли очереди
для передачи пакетов по этим направлениям. Таким образом,
резкое увеличение задержек между ЦМУ 1 и МУ 2, МУ 3, МУ 4 и
МУ 5 обусловлено перераспределением потоков и связанным с ним
увеличением загрузки каналов.
Перераспределением уровней загрузок ветвей сети можно
объяснить и такой факт, что при обрыве некоторых ветвей сети
задержки в доставке пакетов между ЦМУ и некоторыми МУ могут
уменьшаться по сравнению с задержками, которые имели место,
когда все ветви были целы.
130
 ij
 ij
ij
 ij
Рис. 7.6. Распределение уровней загрузки каналов при исходной
топологии и обрыве ветвей (1-8) и (8-7)
131
 ij
 ij
 ij
Рис. 7.7. Распределение уровней загрузки каналов при обрыве
ветвей (7-6), (6-5) и (5-4)
132
 ij
 ij
 ij
Рис. 7.8. Распределение уровней загрузки каналов при обрыве
ветвей (4-3) , (3-2) и (2-1)
133
В качестве примеров таких случаев можно привести варианты
C и D. В варианте C задержки
t1,8
в передаче пакетов между ЦМУ и
МУ 8 по сравнению с вариантом А сократились с
1, 94 10 5
до
1, 59 105 [c] .
3, 70 105
до
3, 29 105
Для варианта D задержки
t1,7
уменьшились с
[c].
Заметим также, что если при целом кольце ветви (5->-6), (6->7), (7->-8) использовались только для передачи восходящего
трафика, объем которого в 5 раз был меньше объема нисходящего,
то после обрыва кольца (вариант В) по этим ветвям будет
передаваться и нисходящий трафик, чем и объясняется увеличение
уровня загрузки этих ветвей.
Оценивая приведенные в этом пункте результаты расчета,
отметим, что наибольшее влияние на характеристики сети
оказывает обрыв кольца
на участках (1->-2) и (1->-8), а
наименьшее - на участках (4->-5) и (6->-5). Объясняется это тем,
что ветви (1->-2) и
(1->-8) используются для передачи
транзитного трафика, в то время как ветви (4->-5) и (6->-5)
задействованы только для доставки пакетов к МУ 5.
134
2.5 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ ПОСТРОЕННЫХ НА БАЗЕ
СИСТЕМ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ
2.5.1 Представление магистрали в виде сети массового
обслуживания
На рис. 7.9а [5] приведен фрагмент магистрали
мультисервисной сети с несколькими классами обслуживания,
образованный маршрутизаторами и
системой спектрального
уплотнения. Первым шагом к построению такой модели является
замена реально физически существующей системы спектрального
уплотнения эквивалентными прозрачными каналами (рис. 7.9б).
Заметим, что в результате такого преобразования изменилась
топология сети – кольцевая трансформировалась в звездообразную.
Такая трансформация не приводит к снижению надежности,
поскольку сети спектрального уплотнения проектируются таким
образом, что при обрыве кольца в одном месте происходит
переключение нарушенных
связей
на резервный маршрут.
Используя модель узла, приведенную в [5] при использовании
нескольких классов обслуживания пакетов переходим от схемы,
приведенной на рис. 7.9б, к модели сети в виде СеМО,
изображенной на рис. 7.10.
135
к сервисному
маршрутизатору
Маршрутизатор
GE
МУ
DWDM
мультиплексор
..
.
GE
МУ
DWDM
мультиплексор
DWDM
мультиплексор
GE
GE
ЦМУ
Маршрутизатор
МУ
Маршрутизатор
DWDM
мультиплексор
Транспортная
сеть
DWDM
GE
Маршрутизатор
МУ
DWDM
мультиплексор
МУ
GE
Маршрутизатор
DWDM
мультиплексор
DWDM
мультиплексор
МУ
GE
GE
МУ
DWDM
мультиплексор
Маршрутизатор
Маршрутизатор
GE
Маршрутизатор
а)
С= 10
Гбит/с
к сервисному
маршрутизатору
ЦМУ
С= 1 Гбит/с
С= 1 Гбит/с
МУ
МУ
...
С= 1 Гбит/с
к УА
С= 1 Гбит/с
МУ
...
С= 1 Гбит/с
С= 1 Гбит/с
б)
Рис.7.9. Фрагмент
магистрали
мультисервисной сети,
образованный
маршрутизаторами и
системой спектрального
уплотнения:
а) исходный фрагмент
сети;
б) система DWDM
заменена эквивалентными
прозрачными каналами
Рис.7.10. Представление в виде
СеМО с несколькими классами
обслуживания магистрали
транспортной сети, построенной
на маршрутизаторах,
соединенных между собой при
помощи мультиплексоров
хWDM
2.5.2 Пример расчета характеристик магистрали
транспортной сети на базе системы спектрального
уплотнения при использовании нескольких классов
обслуживания
При расчете приняты следующие исходные данные:
 топология – логическая звезда на базе системы
спектрального уплотнения;
136
 число узлов – 8;
 характер тяготения – централизованный;
 количество центров тяготения – 1, номер ЦМУ – 1;
 число классов обслуживания – 4;
 тип СМО, описывающей СБК – M/D/1/N;

нагрузка на сеть – меняющаяся 1, 2 , 3 , 4 - интенсивности
поступления пакетов соответственно 1, 2, 3 и 4 классов
примем равными  , которая
изменяется в диапазоне
  0  2,5 104 [пак/с];
 размеры пакетов 1 - 4 классов
lpak1  500[бит], lpak 2  1000[бит], lpak 3  5000[бит],
lpak 4  15000[бит];

доля пропускной способности каналов сети, отводимая
для
передачи
пакетов
1,2,3
и
4
классов:
С1  0,1; С2  0,1 С; С3  0,3  С; С4  0,5  С ;
 размер
буферной
обслуживания:
памяти
для
каждого
класса
  5 или 10[ пак ] .
 варианты расчета – 3.
Вариант 1. Пропускная способность каналов
участке C  1 Гбит/с, размер буферной памяти
класса обслуживания –   10 [ пак ] ;
Вариант 2. Пропускная способность каналов
участке C  1 Гбит/с, размер буферной памяти
класса обслуживания –   5 [ пак ] ;
Вариант 3. Пропускная способность каналов
участке C  2 Гбит/с, размер буферной памяти
класса обслуживания –   10 [ пак ] .
Результаты расчета:
на каждом
для каждого
на каждом
для каждого
на каждом
для каждого
137

- зависимости среднесетевых задержек от
интенсивности поступления пакетов для каждого из 4 классов
обслуживания для 3 вариантов (рис. 7.11);

- зависимости среднесетевых потерь от
интенсивности поступления пакетов для каждого из 4
классов обслуживания для 3 вариантов (рис. 7.12);

- зависимости среднесетевых уровней
загрузок каналов от интенсивности поступления пакетов для
каждого из 4 классов обслуживания для 3 вариантов (рис.
7.13).
tsr4 , t sr3 , t sr2 , tsr1  f ( )
sr4 , sr3 ,sr2 ,sr1  f ( )
 sr4 ,  sr3 ,  sr2 ,  sr1  f ( )
Изображенные на рис.7.11 - 7.13 графики помечены
кружочками с цифрами, показывающими номер варианта, к
которому относится тот или иной график. Некоторые графики
помечены несколькими цифрами. Это говорит о том, что для
различных вариантов и наборов исходных данных
графики
совпадают.
sr
tsr 105[c]
101
102
103
sr4  f ()
104
105
106
107
tsr4  f ()
108
109
1010
tsr3  f ()
sr3  f ()
1011
1012
tsr2  f ()
sr2  f ()
1013
1014
sr1  f ()
tsr1  f ()
1015
 104 [c 1 ]
Рис.7.11.
Зависимости
 104 [c 1 ]
Рис.7.12. Зависимости
138
среднесетевых
задержек
от
интенсивности
поступления
пакетов для каждого из 4
классов обслуживания для 3
вариантов
среднесетевых потерь от
интенсивности поступления
пакетов для каждого из 4
классов обслуживания для 3
вариантов
 sr
sr4  f ()
sr3  f ()
sr2  f ()
sr1  f ()
 104 [c 1 ]
Рис.7.13. Зависимости среднесетевых уровней загрузок
каналов от интенсивности поступления пакетов для каждого из 4
классов обслуживания для 3 вариантов
139
2.6 Расчет характеристик на участке узел доступа – узел
агрегации при переходе на резервные каналы
Рассмотрим участок сети между УД и УА. Результаты
расчетов задержек, потерь, уровней загрузок каналов приведены на
рис. 7.14 – рис. 7.16.
t[c]
c  64[ Кбит / c]
0
l  1,5 10 4 [бит]
c  2,048[Мбит / c]
l  1,5 10 4 [бит]
c  64[ Кбит / c]
c  2,048[Мбит / c]
l  5 103 [бит]
101
l  5 103[бит]
c  64[ Кбит / c]
l  1103[бит]
c  2,048[ Мбит / c]
10
2
3
c  10[Мбит / c]
4
l  110 [бит]
l  1,5 10 [бит]
c  64[ Кбит / c]
c  10[Мбит / c]
l  1103[бит]
c  10[Мбит / c]
l  0,5 103[бит]
c  2,048[Мбит / c]
c  100[ Мбит / c]
3
l  1,5 104 [бит]
l  5 10 [бит]
l  0,5 103 [бит]
10 3
c  1[ Гбит / c]
l  1,5 104 [бит]
c  100[ Мбит / c]
l  5 103[бит]
104
c  100[Мбит / c]
c  10[Мбит / c]
l  1103 [бит]
l  0,5 103[бит]
10
c  1[ Гбит / c]
l  5 103 [бит]
5
c  100[Мбит / c]
c  1[ Гбит / c]
l  0,5  103 [бит]
l  1103 [бит]
[c 1 ]
106
0
101
10 2
103
104
105
140
Рис. 7.14. Зависимости задержек от интенсивности поступления
пакетов (масштаб логарифмический)
p
101
c  64[ Кбит / c]
c  2,048[ Мбит / c]
c  10[ Мбит / c]
l  1,5 10 4 [бит]
l  1,5 10 4 [бит]
l  1,5 10 4 [бит]
c  1[ Гбит / c]
c  100[ Мбит / c]
l  1,5  10 4 [бит]
4
l  1,5  10 [бит ]
10 2
10 3
104
10 5
[c 1 ]
10
6
0
101
10 2
10 3
104
105
Рис. 7.15. Зависимости потерь от интенсивности поступления
пакетов (масштаб логарифмический)
141

0,8
l  0,5 103 [бит]
c  1[ Гбит / c]
c  100[ Мбит / c ]
c  10[ Мбит / c]
0,6
c  2,048[ Мбит / c]
c  64[ Кбит / c ]
l  1103[бит]
c  1[ Гбит / c]
c  100[ Мбит / c]
c  10[ Мбит / c]
c  2,048[ Мбит / c]
c  64[ Кбит / c]
l  5 103[бит]
c  1[ Гбит / c ]
c  100[Мбит / c]
c  10[Мбит / c ]
c  2,048[ Мбит / c]
c  64[ Кбит / c]
l  1,5 10 4 [бит]
c  1[ Гбит / c]
c  100[ Мбит / c ]
c  10[ Мбит / c]
0,4
c  2,048[ Мбит / c]
c  64[ Кбит / c ]
0,2

c
0
0
1103
2 103
3 103
4 103
5 10 3
Рис. 7.16. Зависимости уровней загрузок каналов от
нормированной интенсивности поступления пакетов
2.7 Задействование потенциала отраслевой науки
Таким образом, укрупненно просматривается следующая
цепочка научного обоснования проектных решений при
проектировании новой или реконструкции существующей сети:
анализ основных параметров проектируемой сети (включая
показатели качества обслуживания); выбор технологий построения
сети (их может быть несколько); выбор сетевого решения (схемы
организации связи); ее представление в виде сети (совокупности
систем) массового обслуживания выбор; (разработка) моделей для
анализа расчет характеристик (моделирование); выполнение
системного анализа, оформление научно обоснованного решение, а
при необходимости, корректировка предварительно принятых
проектных решений.
Наибольший интерес представляет привлечение аспирантов и
докторантов, поскольку, работая над своими диссертациями они
142
обычно знают состояние своей предметной области, включая
отечественный и зарубежный опыт, владеют иностранными
языками, имеют представление о программировании и об
информационных технологиях [40]. Потенциал этой категории
научных сотрудников можно использовать на всех этапах работ.
Однако, реалии таковы: технические специалисты,
являющиеся, по сути, «генераторами идей», прежде всего,
ориентируются на свой опыт и интуицию, а не системный анализ,
возможности которого даже и не представляют. В то же время
специалисты, работающие в области системного анализа сложных
систем, а среди них много талантливых математиков и
программистов, не всегда понимают специфику задач, стоящих
перед проектировщиками. Не специалистам в области сетевых
технологий нужна четкая постановка задачи и на том языке,
который они понимают.
Как задействовать потенциал системного анализа? Как
научить проектировщиков и специалистов по системному анализу
понимать друг друга? Ведь одни из них оперируют такими
терминами как маршрутизатор, коммутатор, сервер, шлюз и т.п., а
вторые мыслят более абстрактными категориями. И все же есть
зона соприкосновения. Это теория массового обслуживания предмет, который находится в программе вузов, готовящих
специалистов
по
телекоммуникациям,
математиков
и
программистов.
Следовательно,
если
представить
телекоммуникационные устройства в виде совокупности систем
массового обслуживания (СМО), то появляется возможность
привлечения этой категории специалистов для системного анализа
проектируемой или реконструируемой сети. Многочисленные
примеры
представления
основных
телекоммуникационных
устройств в виде СМО приведены в монографии [1,5]. В этой же
монографии приведены примеры расчетов и системного анализа.
143
2.8 Замечания, комментарии, пояснения
В этой главе на конкретных примерах проиллюстрировано
использование разработанного в главе 4 метода для расчета
характеристик сетей. Понятно, что сеть у конкретного Оператора
может отличаться от рассмотренных примеров количеством узлов,
топологией, пропускными способностями каналов, особенностями
маршрутизации, числом классов обслуживания и некоторыми
другими параметрами. Однако у проектировщиков и лиц,
отвечающих за развитие сети, возникают примерно одни и те же
вопросы. Обратим внимание на некоторые из них.
Большой интерес представляет совместный анализ показателей
качества обслуживания и уровней загрузок каналов. Он позволяет
обнаружить «узкие места» на сети, то есть каналы, которые вносят
наибольший вклад в суммарные задержки,
и выработать
соответствующие рекомендации для проектировщиков по их
устранению. В частности, результаты расчета показали, что
перегрузка даже одного канала может привести к резкому
ухудшению показателей качества обслуживания для целой группы
пользователей. В то же время удвоение пропускной способности
этих же каналов приводит к существенному улучшению
характеристик сети в целом.
Не меньший интерес вызывает исследование работы сети при
изменении в заданном диапазоне нагрузки, отказе каналов,
изменении структуры тяготения, разделения трафика на классы
обслуживания. Для того, чтобы облегчить пользователю анализ
сети для своих исходных данных, в этой главе приведены
подробные примеры расчета характеристик и последующего
системного анализа.
144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Судя по набранным темпам создания региональных мультисервисных сетей, уже в ближайшее десятилетие большинство
услуг будут оказываться через мультисервисные сети.
Существующие ТфОП, Интернет, сети кабельного телевидения
являются односервисными и нуждаются в коренной реконструкции.
Создание единой мультисервисной сети позволит объединить эти
три задачи в одну, решив которую конечный пользователь получит
в одной розетке все три наиболее востребованные услуги с высоким
качеством, а Оператор - дополнительный доход за счет
предоставления дополнительных видов услуг, снижая при этом
уровень эксплуатационных расходов.
Развертывание сетей на базе новой архитектуры требует
больших затрат времени, финансовых и прочих ресурсов. В тоже
время на балансе традиционного оператора находится
оборудование различных поколений, не выработавшее свой ресурс
и обеспечивающее предоставление с заданным качеством
востребованных услуг, поэтому задача архитектуры сети
переходного периода заключается в том, чтобы, с одной стороны,
предоставить пользователям современные услуги связи, а с другой,
максимально использовать вложенные ранее инвестиции.
Моделирование и последующий системный анализ являются
важнейшими задачами, которые необходимо решить при построении или реконструкции мультисервисных сетей. Совместный
анализ показателей качества обслуживания и уровней загрузок
каналов позволяет проектировщикам обнаружить «узкие места» на
сети, то есть каналы, которые вносят наибольший вклад в
суммарные задержки, и выработать соответствующие
рекомендации по их устранению. Результаты расчета показали, что
перегрузка даже одного канала может привести к резкому
145
ухудшению показателей качества обслуживания для целой группы
пользователей.
Что интересует проектировщиков, лиц, ответственных за
развитие и эксплуатацию сети? Вот только некоторые из наиболее
часто задаваемых вопросов:
1. Какими будут показатели качества для каждого класса обслуживания при заданном наборе исходных данных? Удовлетворяют ли они заданным требованиям?
2. Насколько загружено оборудование и каналы? Есть ли резервы для передачи дополнительных объемов трафика? Имеются ли
узкие места?
3. Как изменятся показатели качества обслуживания сети при
изменениях
- нагрузки,
- структуры тяготения,
- пропускной способности каналов,
- при отказе оборудования и обрывах кабелей связи?
4. Как изменятся характеристики при перераспределении пропускной способности между классами обслуживания?
5. Какие участки сети нуждаются в резервировании?
6. Как изменятся характеристики сети при увеличении или
уменьшении на некоторых участках пропускной способности сети?
Ответы на эти и другие вопросы могут быть получены при
использовании методов, описанных в этой книге.
146
Литература
1. С. Л. Гавлиевский, В. Г. Карташевский, Д. В. Проскура, Д. С.
Сахарчук, М. Ю. Сподобаев. Принципы построения
мультисервисной сети ПАО «Ростелеком». – Горячая линия –
Телеком, 2018. – 228 с., ил.
2. Презентация «Потребление цифровых услуг 2015-2025гг»;
Автор: Пимшин В.Ю.
3. Цели Минкомсвязи России, направленные на повышение
качества жизни в России (2012-2018г.) http://2018.minsvyaz.ru
4. Государственная
программа
российской
федерации
"информационное общество (2011 - 2020 годы)".
5. Гавлиевский С.Л. Методы анализа мультисервисных сетей
связи с несколькими классами обслуживания. – М.: ИРИАС,
2010. – 365с.
6. Реорганизация деятельности оператора связи с помощью
услуг Cisco. Услуги для лиц, принимающих бизнес-решения
— официальный документ.
7. Hellberg, Chris. Broadband network architecture : designing and
de-ploying triple play services / Chris Hellberg, Dylan Greene,
Truman Boy-es. -- 1st ed.
8. MR-316 Multi-Service Broadband Network Architecture
Evolution Issue: 1 Issue Date: January 2014.
9. Robin Mersh. Multi-Service Broadband Network Architecture.
NextGen 13. London, October 2013.
10. TR-101 Issue 2. Migration to Ethernet-Based Broadband
Aggrega-tio 2011/07 End to End Architecture.
11. TR-221 Corrigendum 1. Technical Specifications for MPLS in
Mo-bile Backhaul Networks 2014/09 IPMPLS & Core.
12. TR-145 Multi-service Broadband Network Functional Modules
and Architecture 2012/11 End to End Architecture.
13. TR-144 Broadband Multi-Service Architecture & Framework
Require-ments 2007/08 End to End Architecture.
14. TR-178 Multi-service Broadband Network Architecture and
Nodal Re-quirements 2014/09 End to End Architecture.
15. TR-203 Interworking between Next Generation Fixed and 3GPP
Wire-less Networks 2012/08 End to End Architecture.
16. TR-291 Nodal Requirements for Interworking between Next
Generation Fixed and 3GPP Wireless Access
2014/03 End to
End Architec-ture.
147
17. TR-300 Policy Convergence for Next Generation Fixed and 3GPP
Wire-less Networks 2014/09 End to End Architecture.
18. TR-156 Issue 3 Using GPON Access in the context of TR-101
2012/11 Fiber Access Network.
19. TR-167 Issue 2 GPON-fed TR-101 Ethernet Access Node
2010/09 Fiber Access Network.
20. TR-101 Issue 2. Migration to Ethernet-Based Broadband
Aggregation
2011/07 End to End Architecture.
21. Андрей Идлис. Развертывание сети ШПД на базе Ethernetдоступа: вопросы и ответы. Часть 1. Быстрее, шире,
доступнее. Архитектура сети ШПД. «Теле-Спутник» | июль |
2010
22. Андрей Идлис. Развертывание сети ШПД на базе Ethernetдоступа: вопросы и ответы. Часть 2: Подключаем абонента.
Протокол доступа и режим работы абонентского устройства.
«Теле-Cпутник» | август | 2010
23. Оптимизация оказания услуг 3-PLAYна сети
широкополосного до-ступа. Централизованный контроль
подписки на услуги и консоли-дированная точка доступа
24. Решение Juniper Networks для широкополосных сетей.
[Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.juniper.com.
25. Мухин В. Решение Juniper Networks. [Электронный ресурс]:
Режим доступа: http://www.juniper.com.
26. Активация услуг в сети широкополосного доступа. Примеры
дополнительных услуг. [Электронный ресурс]: Режим
доступа: http://www.juniper.com.
27. Типовые решения построения сети широкополосного доступа
3PLAY. [Электронный ресурс]: Режим доступа:
http://www.juniper.com.
28. Мухин В. Оптимизация оказания услуг 3 – PLAY на сети
широкополосного доступа. [Электронный ресурс]: Режим
доступа: http://www.juniper.com.
29. Модели доставки IPTV/Multiplay услуг в современных сетях
широкополосного доступа. Василий Мухин, системный
инженер Juniper Networks. Инженерный вестник.
30. Сэнджой Пол Распределение цифрового видео по
широкополосным, телевизионным, мобильным и
конвергентным сетям. Тенденции, проблемы и решения
Москва: Техносфера, 2012. - 440 с., ISBN 978-5-94836-305-9
148
31. Василий ТКАЧЕНКО. FMC - балансировка на лезвии
целесообразности. № 3 (июнь-июль) 2010 «СЕТИ И
БИЗНЕС»
32. Бабин А.И. КОНВЕРГЕНЦИЯ СТАЦИОНАРНОЙ И
МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ: ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ // Успехи
современного естествознания. – 2008. – № 6. – С. 124-127;
33. MR-235 Considerations in Broadband Architecture Moving to
FMC Is-sue: 1 Issue Date: April 2011
34. Архитектура оффлоада трафика мобильных данных через
сети стан-дарта Wi-Fi Перевод статьи о решении Cisco SP
WiFi/Service Provider Wi-Fi
35.
Гавлиевский С.Л. Возможности системного анализа при
планировании развития единой мультисервисной сети
передачи данных ОАО «Газпром». //Труды НИИР. – 2016. №1
– С.6-10.
36. Гавлиевский С.Л. Расчет характеристик и системный анализ
фрагментов мультисервисных сетей.
// Самар. гос. техн.
ун-т, 2013.- 40 с.
37. Гавлиевский С.Л. Математическая модель для
исследования свойств магистралей транспортных сетей при
использовании не-скольких классов обслуживания.
//Инфокоммуникационные технологии. – 2011. – Т. 9, №4. –
С. 23–27.
38. Гавлиевский С.Л. Итерационный метод расчета
характеристик магистралей транспортных сетей связи.
//Вестник Самарского государственного технического ун-та.
Серия «Технические науки». – Самара. – 2011. – № 3 (31). –
С. 54-60.
39. Гавлиевский С.Л. Расчет характеристик и системный анализ
магистралей мультисервисных сетей, построенных на базе
систем спек-трального уплотнения. //Труды НИИР. – 2016.
№1 – С.8-12.
40. Карташевский В., Сподобаев М., Гавлиевский С. Потенциал
отраслевой и вузовской науки - на развитие системного
анализа. //Электросвязь. – 2017. - №4. – С. 7-10.
149
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................... 3
1
УСЛУГИ
И
СЕРВИСЫ
СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ.......................................... 6
1.1 Влияние степени развития телекоммуникационных сетей на
уровень развития экономики страны................................................... 6
1.2 Основные тренды развития телекоммуникаций в России ....... 7
1.2.1 Увеличение числа устройств и меняющийся профиль
коммуникаций ................................................................................... 7
1.3
Становление Цифрового домохозяйства .................................. 9
1.4 Оценка распределения трафика между фиксированными и
мобильными сетями............................................................................ 11
1.5 Цели Минкомсвязи России, направленные на повышение
качества жизни в России (2012-2018г.) ............................................. 13
1.6
Общие требования к системам телекоммуникаций ............... 14
1.7 Комплексные инфокоммуникационные услуги для органов
государственной власти, местного самоуправления, корпораций .. 15
1.8
Цели ПАО «Ростелеком» ......................................................... 17
1.9 Резюме ....................................................................................... 18
2
ЭВОЛЮЦИЯ
АРХИТЕКТУРЫ
МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ
СЕТИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ..................................... 20
2.1
Мотивация операторов на реконструкцию сетей ................... 20
2.2
Оптимизация затрат ................................................................. 20
2.3 Сокращение расходов на управление сложной структурой
сети 21
2.4 Роль Broadband Forum в эволюции архитектуры сетей
широкополосного доступа ................................................................. 23
2.5
Резюме ....................................................................................... 26
150
3
АРХИТЕКТУРА
МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ
СЕТИ
ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ................................................ 27
3.1 Использование моносервисных и мультисервисных сетей для
предоставления услуг населению ...................................................... 27
3.2
Основные компоненты архитектуры ...................................... 30
3.3 Пример взаимодействия компонентов архитектуры при
предоставлении услуги широкополосного доступа в Интернет .... 34
3.4
Точка предоставления услуг .................................................... 36
3.5 Использование VLAN для организации сервисов ................. 40
3.5.1 Модель сервисной VLAN (S-VLAN) ................................. 40
3.5.2 Клиентские VLAN (C-VLAN) ............................................ 42
3.6
Протоколы доступа к сети ....................................................... 49
3.7 Обобщенные требования к сервисной модели доступа для
подключения квартирных клиентов и механизмам их выполнения 55
3.8 Резюме ....................................................................................... 58
4
КОНВЕРГЕНЦИЯ ФИКСИРОВАННОЙ И МОБИЛЬНОЙ
СВЯЗИ ................................................................................................. 60
4.1
Понятие конвергенции в телекоммуникациях ....................... 60
4.2
Промышленная конвергенция ................................................. 61
4.3
Конвергенция устройств .......................................................... 63
4.4
Сетевая конвергенция .............................................................. 65
4.5
Конвергенция услуг.................................................................. 68
4.6
Конвергенция приложений ...................................................... 72
4.7
Подключение мобильных абонентов через Wi-Fi и FAP....... 73
4.8 Разгрузка трафика мобильных данных через точки доступа
Wi-Fi и FAP ......................................................................................... 76
4.9
Управление клиентской базой ................................................. 79
151
4.10 Одновременный мультидоступ ............................................... 80
4.11 Политика контроля и управления ресурсами ......................... 82
4.12 Представление о полной конвергенции .................................. 83
4.13 Примеры использования межсетевого взаимодействия между
стационарной связью следующего поколения и беспроводным
доступом 3GPP .................................................................................... 84
4.14 Резюме ....................................................................................... 86
5
АРХИТЕКТУРА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СПД РТК .................. 87
5.1
Структура СПД РТК................................................................ 87
5.2
Уровень ядра ............................................................................. 88
5.3
Региональный и сервисный уровни ........................................ 89
5.4
Организация связи между узлами ........................................... 89
5.5 Резюме ....................................................................................... 91
6
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
РЕГИОНАЛЬНЫХ ФИЛИАЛОВ В ПАО «РОСТЕЛЕКОМ» .......... 92
6.1
Целевая архитектура сети ........................................................ 92
6.2
Задачи сетей передачи данных региональных филиалов ...... 94
6.3
Сервисы сети РСПД ................................................................. 95
6.4 Архитектура сети РСПД ........................................................ 102
6.4.1 Транспортный уровень .................................................... 102
6.4.2 Пакетная сеть .................................................................... 103
6.5 Резюме ..................................................................................... 107
7
МОДЕЛИРОВАНИЕ
И
СИСТЕМНЫЙ
АНАЛИЗ
МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ....... 108
7.1 Практические возможности системного анализа............ 108
7.1.1 Вводные замечания........................................................... 108
7.1.2 Особенности планирования развития МСПД в условиях
постоянного роста трафика ....................................................... 109
152
7.1.3 Что интересует лиц, ответственных за развитие и
эксплуатацию мультисервисной сети? .................................... 110
7.1.4 Ожидаемые результаты от моделирования и системного
анализа .......................................................................................... 111
7.2 Расчет характеристик сети и уровней загрузки каналов
при передаче
по
кольцевой
магистрали
ассиметричного трафика ............................................................... 113
7.3 Исследование накопления задержек при передаче пакета
по транспортной сети с кольцевой топологией ......................... 118
7.4 Исследование влияния на характеристики сети места
отказа каналов................................................................................. 123
7.5 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ ПОСТРОЕННЫХ НА БАЗЕ
СИСТЕМ СПЕКТРАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ ....................... 134
7.5.1 Представление магистрали в виде сети массового
обслуживания............................................................................... 134
7.5.2 Пример расчета характеристик магистрали
транспортной сети на базе системы спектрального
уплотнения при использовании нескольких классов
обслуживания............................................................................... 135
7.6 Расчет характеристик на участке узел доступа – узел
агрегации при переходе на резервные каналы .......................... 139
7.7
Задействование потенциала отраслевой науки .............. 141
7.8
8
Замечания, комментарии, пояснения................................ 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................... 144
Литература ........................................................................................ 146
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
3 252 Кб
Теги
sistemnost, posobie, rostelekom, trebovania, gavlievskiy, multiservisnogo, pao, analiz, uchebnoy, 2018, seti, arhitektura
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа